I 1941 vervet Clarke seg til Royal Air Force (RAF). Her kom han til å arbeide i det topphemmelige britiske radar-prosjektet som hadde spilt en avgjørende rolle under slaget om Storbritannia. I løpet av andre verdenskrig ble han leder for den eksperimentelle fasen av Ground Controlled Approach-prosjektet; tidlige forsøk med å dirigere ned fly fra bakken ved hjelp av radar. Hans erfaringer fra denne tiden ligger til grunn for den delvis selvbiografiske romanen (1963). Han fortatte etter krigen sin formelle utdannelse ved University of London, og ble i 1948 bachelor of science.