Po wojnie rozczarowany użyciem bomby atomowej w Japonii zaangażował się w rozwój zastosowań zdobyczy fizyki atomowej w medycynie – terapia radiacyjna. Wspólnie z wieloma czołowymi fizykami podjął wysiłek uświadamiania; czym jest broń atomowa i jakie niesie zagrożenia. W 1955 roku na podstawie relacji prasowych i własnych obliczeń dowodził, że skażenie radioaktywne wywołane testami nuklearnymi na atolu Bikini było wielokrotnie większe, niż oficjalnie podawał rząd Stanów Zjednoczonych. Debata w mediach i wzrost świadomości społecznej, którą wywołał, miały swój wpływ na podpisywane w latach sześćdziesiątych umowy międzynarodowe. W sierpniu 1963 roku w Moskwie podpisano Traktatu o zakazie prób broni nuklearnej w atmosferze, w przestrzeni kosmicznej i pod wodą. W lipcu 1968 roku w Nowym Yorku Traktatu o nierozprzestrzenianiu broni masowego rażenia.
Po podpisaniu w 1955 roku Manifestu Russella – Einsteina, Rotblat stał się jednym z najbardziej wpływowych krytyków wyścigu zbrojeń nuklearnych. W 1957 roku tworzył z Bertrandem Russellem niezależne Konferencje Pugwash w Sprawie Nauki i Problemów Światowych, w czasie których naukowcy, dziennikarze i dyplomaci z obu stron „żelaznej kurtyny” przekonywali o konieczności likwidacji broni masowego rażenia. Działalność Rotblata spotkała się na początku z podejrzliwością brytyjskiego rządu. Podobnie jak w Stanach obawiano się tu aktywności radzieckiego wywiadu. W zamian za sugestie co do uczestników konferencji ze strony brytyjskiego Zarząd Energii Atomowej Rotblat zneutralizował te podejrzenia. Uniknął przy tym wmieszania tworzonych konferencji w główny nurt polityki. Rząd brytyjski po bezskutecznych próbach przejęcia kontroli nad tym przedsięwzięciem pogodził się z porażką, a po podpisaniu Traktatu o zakazie prób broni nuklearnej, w 1965 roku wręczył naszemu naukowcowi Order Imperium Brytyjskiego.
Za swoją działalność został również uhonorowany brytyjskim tytułem szlacheckim. Wierzył, że każdy naukowiec, tak jak lekarz związany przysięgą Hipokratesa, posiada indywidualną moralną odpowiedzialność za skutki swojej pracy. Jako prezes konferencji Pugwash siedemnastokrotnie nominował Mordechaja Vanunu do Pokojowej Nagrody Nobla. Ten osiemnaście lat spędził w więzieniu za ujawnienie w 1986 roku brytyjskim mediom rozmiaru izraelskiego programu rozwoju broni nuklearnej.