Работы Б. В. Курчатова в этой области стали ценным вкладом в решение проблемы исследования радиоактивных продуктов ядерных взрывов и убедительным доказательством опасности ядерных испытаний для человечества, необходимости их запрещения полностью и навсегда. Проанализировав по просьбе Игоря Васильевича книгу Э. Теллера и А. Леттера «Наше ядерное будущее», Борис Васильевич опубликовал совместно с Е. И. Лейпунским и другими учеными рецензии, в которых наглядно продемонстрировал неприемлемость взглядов авторов на дальнейшее испытание ядерного оружия в мире, подчеркивая их пагубное влияние на природу и человечество. Такой подход в немалой степени содействовал принятию в 1961 году моратория на испытания ядерного оружия в трех средах.

Большое место в жизни Б. В. Курчатова занимала радиохимическая лаборатория в Институте ядерной физики (в то время НИФИ-2 при МГУ), которой он по совместительству заведовал с 1946 по 1951 год. Ее организации, подготовке специалистов-радиохимиков он отдал много сил и здоровья. Но за эту работу он (по рассказам сотрудников) жалованье получать отказывался.

В начале 1950-х годов Б. В. Курчатов переключился на изучение радиохимических методов превращений сложных ядер под действием частиц высокой энергии. С пуском синхроциклотрона в городе Дубна Московской области Борис Васильевич выполнил новаторские работы по изучению радиохимических методов расщепления серебра и делению вольфрама протонами, дейтронами и частицами высоких энергий. Открыл ряд новых явлений, характерных для химии ядерных превращений при высоких энергиях возбуждения: вылет легких ядер из серебра, деление с возбужденного уровня. Им были изучены закономерности выхода разнообразных продуктов расщепления серебра и вольфрама при взаимодействии с быстрыми частицами, найден и идентифицирован ряд новых изотопов. В этих, как и во многих других исследованиях ему помогала его супруга. По результатам этих работ были написаны и опубликованы вместе с ней и с сотрудниками лаборатории десятки статей.

По свидетельству И. Н. Головина, Игорь Васильевич Курчатов, раздумывая в последние годы жизни о судьбе института, о его будущей тематике, говорил о «мыслителях». К ним он относил Л. В. Грошева, М. И. Певзнера, П. Е. Спивака и «моего брата Бориса», которые «сделают ценный вклад в физику классического атомного ядра». И он не ошибся.

Наряду с фундаментальными исследованиями Б. В. Курчатовым выполнено большое число прикладных работ, имевших крайне важное значение для задач, возникших в процессе создания атомной промышленности. Он разработал метод определения кислорода в полупроводниковых материалах (кремний, германий); метод пропитки графитовых блоков ураном высокого обогащения для создания импульсного графитового реактора (ИГР) — самого мощного в мире импульсного реактора.

В 1962 году, после заключения международного соглашения о запрещении испытаний ядерного оружия, возникла необходимость в установках, радиоактивное излучение которых по своим характеристикам близко к излучению ядерных взрывов. Использование таких установок позволяло продолжить и расширить изучение воздействия радиации взрыва на аппаратуру, биологические и другие объекты. Институту было поручено срочно создать несколько импульсных реакторов для этих целей и обеспечить ими головные институты и предприятия для проведения необходимых научных исследований и контроля производственной продукции. Под руководством Б. В. Курчатова группой радиохимиков были приготовлены водные растворы уранил-сульфата (высокого обогащения) для первых двух реакторов ИИН. Для остальных реакторов растворы по разработанной технической документации изготовлялись на химкомбинате «Маяк» в Челябинске-40 и на Усть-Каменогорском комбинате.

Большой цикл работ, посвященный получению изотопов без носителя для медицины, был выполнен Борисом Васильевичем совместно с женой Людмилой Никифоровной Курчатовой. Все они были высоко оценены на международных конференциях по производству радиоизотопов для медицины. Медикам и биологам в их исследованиях Б. В. Курчатов всегда охотно помогал. Так, для академика Л. А. Зильбера он разработал радиоактивационный метод определения некоторых микроэлементов в организме человека, недостаток которых Зильбер связывал с возникновением раковых заболеваний. Р. В. Хесину-Лурье в Институте молекулярной генетики он помогал в разработке методов измерения кальция в биологических объектах.

Б. В. Курчатов провел очень много так называемых поисковых работ. Иногда доходило до курьезов. Когда известный писатель-фантаст А. П. Казанцев и исследователь А. Золотой из Томского государственного университета обнаружили в районе падения Тунгусского метеорита сильно «фонивший» пень, а в околопневой почве — аномальное отношение калия-40 к калию-39, они просто «затравили» И. В. Курчатова и С. П. Королева идеей падения корабля инопланетян с ядерным реактором на борту. Большой сгнивший пень с землей был доставлен в лабораторию Б. В. Курчатова. Оказалось, что пень-ионообменник содержит осколки деления Sr90 + иттрий90 от мощных ядерных взрывов на Новой Земле, проведенных четырьмя годами ранее.

До 1948 года Борис Васильевич жил в доме брата — «Хижине лесника», где сейчас открыт мемориальный музей, занимающий комнату на первом этаже. Просыпался рано, спешил в свой сектор, расположенный в главном здании, в пяти минутах ходьбы, и возвращался за полночь. По воскресеньям, если позволяла работа, любил посидеть на берегу Москвы-реки с увлекательной книгой или с удочкой. Занимался спортом. Играл в бильярд, шахматы, бадминтон или настольный теннис. В 1947 году он женился на Людмиле Никифоровне Мухиной, выпускнице химического факультета Московского педагогического института, поступившей в его сектор на должность радиохимика — младшего научного сотрудника. В 1949 году молодая семья переехала в свою квартиру, в дом, построенный для ведущих ученых Лаборатории № 2. Но «Хижина лесника» осталась для них родной. Супруги часто бывали здесь, по-семейному проводили вечера, встречались с друзьями, слушали музыку. Братья играли на рояле в четыре руки, вспоминали, как мальчишками исполняли «Турецкий марш». Борис Васильевич любил слушать произведения Чайковского, Бетховена, Моцарта, Сибелиуса, фортепианные и скрипичные концерты. Вообще интересы его были разносторонние. Он собирал книги по химии, физике, математике. С удовольствием читал произведения классиков и современных писателей, мемуарную и детективную литературу. Очень любил поэзию, многие стихи знал наизусть. Интересовался живописью и скульптурой, посещал выставки, покупал картины. Умел, как и Игорь Васильевич, хорошо фотографировать (это было семейное хобби с юных лет, перешедшее от отца). Немало фотографий, выполненных братьями, сохранилось в музейном собрании.

В 1949 году после испытания первой советской атомной бомбы у ее создателей впервые появилось свободное время. Борис Васильевич увлекался грибной и спиннинговой охотой. Правда, в рыбной ловле ему редко везло, и домашние, подтрунивая, называли его «рыбаком-теоретиком». Отпуска он проводил в Крыму, наполняя их увлекательными экспериментами. Например, определял процентное содержание урана в Черном море: вымачивал в прибое шерстяные платки, высушивал их, а затем сжигал и по остаткам золы вел подсчет по собственной же методике. Или выращивал на подоконнике в особых растворах морские водоросли, изучая возможность увеличения кормовой базы для животноводства. Ему нравилось совершать прогулки на катере по штормовому морю.