Работа Б. В. Курчатова по получению элемента 93 и изучению его химических свойств была закончена вскоре после переезда курчатовцев в 1945 году в Покровское-Стрешнево, в достроенное главное здание на Октябрьском Поле. Накопление элемента 93 велось 83 дня и закончилось 17 октября 1944 года. По средней пробе была определена скорость накопления 93, а следовательно, и 94. Полное количество накопленного 94 выражалось величиной 3,31012 атомов. Эксперименты продолжили, сконцентрировавшись на получении элемента 94. Облучения урана Борис Васильевич с сотрудниками вел с помощью радий-бериллиевого источника нейтронов, содержащего около 200 тс Ra. Физическая аппаратура для изучения β-активности, вывезенная из Ленинграда и Казани, была несовершенна, капризничала и часто ломалась. Уже в первых опытах был опровергнут аномальный результат Гана и Штрассмана и подтверждено сходство свойств элемента 93 в низшей валентности с цериевой группой редких земель. Этот результат позволил Б. В. Курчатову разработать так называемый сульфатный метод очистки элемента 93 — простой и надежный в отличие от «классической» схемы фторидного осаждения. Для начального этапа, когда надо было выделить его из довольно больших количеств облученного урана, Борис Васильевич отработал купферонный метод выделения элемента 93 четырехвалентным ураном, добавлявшимся в небольшом количестве к основному раствору шестивалентного урана, и доложил об этом на семинаре.

Опыты по выделению 94 велись на пяти отдельных порциях (от 0,5 до 2 килограммов урана). Схема переработки варьировалась. И вот из последней, пятой порции весом 2 килограмма урана 15 апреля 1944 года был выделен препарат (KLA(SO4)2 α-активностью 21 ι/m. Необходимо было убедиться еще раз в химической природе нового излучателя. Переменная валентность и аналогия с цериевой группой редких земель были подтверждены. Сделана оценка периода полураспада элемента 94–30 тысяч лет.

Вскоре на одном из заседаний Научно-технического совета по атомной проблеме Б. В. Курчатов доложил о своих результатах. Присутствовавший академик В. Г. Хлопин отнесся к сульфатному способу выделения плутония настороженно: «Вот у Гана и Штрассмана не получилось». Но при проверке в Радиевом институте результаты подтвердились и сульфатный метод получил со стороны Виталия Григорьевича высокую оценку. Позже, в 1956 году, о сульфатном методе выделения нептуния и плутония был представлен совместный доклад Б. В. Курчатовым и сотрудницы Радиевого института В. И. Гребенщиковой на Первую Женевскую конференцию.

Выделение плутония по разработанной схеме стало рутинной задачей и выполнялось лаборантами после ввода в эксплуатацию первого циклотрона Лаборатории № 2, дававшего потоки нейтронов на порядки большие. Появившиеся новые сотрудники продолжали изучать химию плутония и осколков деления уже по проторенному пути, с большим или меньшим успехом добавляя новые схемы. Оглядываясь назад, Борис Васильевич отмечал, что «не все было доведено до конца, но в итоге можно быть довольными результатами работы».

С пуском первого реактора в 1946 году получение первых видимых хотя бы под микроскопом количеств плутония стало реальным. Из облученных килограммовых количеств окислов урана были выделены по новой схеме осадки двойных сульфатов, содержащие от 6,1–17,3 мкг плутония. Г. Н. Яковлев провел на них пять окислительно-восстановительных циклов. Вся работа велась под микроскопом методами ультрамикрохимии.

Одновременно Б. В. Курчатов провел и еще одну важную работу, связанную с созданием графита, чистота которого должна была соответствовать 100 процентам. Возможность создания ядерного реактора из урана и графита предъявляла высокие требования к чистоте этого, пригодного для реактора материала. Борис Васильевич тщательно химически анализировал поступавший в Лабораторию № 2 с электродного завода в Электростали графит с целью обнаружения в нем примесей, поглощавших нейтроны. Он впервые составил технические условия для создания в Советском Союзе промышленного производства чистейшего реакторного графита. Аналогичную задачу — определение примесей в урановых блоках — решал и академик Александр Павлович Виноградов.

Полгода Б. В. Курчатов с супругой работали в Центральной лаборатории завода «Маяк», представлявшей в то время настоящий ареопаг химиков Советского Союза, участвовавших в получении материалов для первой отечественной атомной бомбы. В предпусковой период промышленного плутониевого производства в 1948 году на Урале сотрудники аттестовывались в его секторе и получали допуск на проведение определенной операции.

В 1953 году по инициативе И. В. Курчатова и других ученых в стране развернулись исследования радиоактивных продуктов ядерных взрывов. В этот период гонки вооружений 1950-х годов Б. В. Курчатов вместе с другими впервые создавал системы расшифровки ядерных изделий. В решении этой проблемы активно участвовали в числе сотрудников Института атомной энергии и ученые из сектора Б. В. Курчатова. Сам он руководил работами по радиохимическому и радиометрическому анализам состава продуктов ядерных взрывов, созданию первых методик средств сбора радиоактивных продуктов взрывов, приборов для анализов собранной активности. Совместно с Главным управлением гидрометеослужбы была организована сеть наблюдений за выпадением радиоактивных продуктов. В течение нескольких лет велись измерения концентраций радиоактивных продуктов в воздухе и их выпадений на почву, изучались закономерности глобальных выпадений. На научных судах АН СССР и Главного управления гидрометеослужбы исследовались обширные акватории Тихого, Индийского и Атлантического океанов.

Б. В. Курчатов с сотрудниками разработал радиохимический метод выделения осколков деления урана, трансуранов и других элементов из продуктов ядерных взрывов, позволявший определить материал изделия, код, мощность, потоки и спектр нейтронов и отдельные особенности взорванных изделий. В кооперации с учеными института, также и с радиохимиками из ГЕОХИ, РИАНа сотрудники Б. В. Курчатова работали в многочисленных экспедициях на Бикини, Маршалловых островах, в других точках Мирового океана. Эта была новая, очень напряженная работа. Непосредственно в группе Б. В. Курчатова метод выделения бериллия-7 создавал его ученик Б. Ф. Мясоедов (впоследствии академик). Почти 15 лет его метод использовался в Курчатовском институте, в РИАНе, Арзамасе, Загорске и т. д.

Когда после испытаний оружия вездесущий атом проник во все сферы жизнедеятельности — воздух, воды, почвы, растительный покров, продукты питания и организм человека, — по настоянию И. В. Курчатова в Советском Союзе была создана Служба наблюдения (около пятидесяти станций) за выпадением радиоактивных осадков, особенно стронция-90 и цезия-137, образующихся при делении урана и плутония с большим выходом долгоживущих и наиболее опасных в биологическом отношении элементов. Началась эра ядерной экологии. Б. В. Курчатов немедленно организовал и провел в Курчатовском институте для руководителей станций наблюдения своеобразные курсы на манер военных. На занятиях его ученики P. М. Полевой и В. А. Пчелин читали основы радиохимии и ядерной физики, В. М. Шубко вел мини-практикум. «Ядерной» экологией занимались сотрудники РИАН (Шведов и Гедеонов), ГЕОХИ (Павлоцкая) и др. Полученные вскоре многочисленные данные по содержанию радионуклидов в почвах, продуктах питания, организме человека, сведенные в отчеты, представлялись в подкомитет ООН по разоружению и на Женевскую конференцию по мирному использованию ядерной энергии.