Høsten 1940, under andre verdenskrig, forlot han Cambridge for å arbeide i Portsmouth innen radarforskning for det britiske admiralitet.[3] Han utarbeidet blant annet en metode for å bestemme høyden på innkommende fly. To av hans kolleger i dette viktige prosjektet var Thomas Gold og Hermann Bondi, som han hadde hyppige og dyptgående diskusjoner med om kosmologi, et emne som i økende grad fascinerte ham. Som en del av radarprosjektet kunne Hoyle også reise til Nord-Amerika flere ganger, noe han også brukte til å snakke med astronomer. Allerede på den første av disse reisene hadde han lært om både supernovaer og kjernefysikkbegrepet plutoniumimplosjon og funnet likheter mellom de to fenomenene, noe som inspirerte ham til å skrive en første artikkel om nukleosyntesen til supernovaer.