Ses prises de position en faveur du communisme lui valent cependant des tensions avec les hommes politiques qui l'accusent d'être un danger pour la sécurité nationale. Il est alors suspendu par le président Eisenhower en 1953. Malgré le soutien de nombreux collègues, sa certification lui est retirée.
Par la suite, il donne des conférences dans le monde entier sur l'histoire des sciences et sur les questions d'éthique liées au progrès scientifique. En 1963, le président Lyndon Johnson lui remet à titre honoraire la médaille Enrico Fermi.
Oppenheimer est également à l'origine de certaines analyses, reconnues comme valables par la communauté scientifique, concernant la formation des trous noirs. En effet, s'appuyant sur les analyses de John Michell (1724-1793) et celles d'Albert Einstein (concernant la relativité générale), il en vint à déduire que le trou noir serait en réalité issu de l'explosion d'une étoile en fin de vie et d'une puissance phénoménale (supernova). En effet, après explosion, le noyau résiduel, en se rétractant et en se concentrant sur un volume beaucoup plus faible, obtiendrait une densité telle que toute forme de lumière ou de matière se retrouverait attiré dans ce dernier. Cela aurait pour conséquences l'absence d'émissions lumineuses et son invisibilité parmi les astres. La densité de ce trou noir serait ainsi bien supérieure aux 18 milliards de tonnes au cm³ décrits par Mitchell (la densité d'un pétrolier condensée dans un grain de sable). Sa théorie sera confirmée dans les années 70 par les études effectuées par les astronomes américains et japonais (après envoi de satellites d'observation à rayons X). Ces recherches eurent pour conséquence la découverte d'une émission très importante de ces rayons X dans la constellation du Cygne. Cette source sera baptisée Cygnus X-1 et correspondra à la première identification d'un trou noir.
Lors de l'entrée en guerre des États-Unis d'Amérique dans la Seconde Guerre mondiale, il participe à l'effort pour développer la bombe atomique au Radiation Laboratory de Berkeley. À la frustration de Lawrence et à la surprise de beaucoup il est nommé par le général Leslie Groves chef du projet Manhattan comme directeur scientifique et ce malgré ses opinions.
À la recherche d'un lieu pour créer un nouveau laboratoire secret, il le trouve finalement non loin de son ranch du Nouveau-Mexique. Sur une mesa plate près de Santa Fe, le Laboratoire national de Los Alamos est hâtivement construit. Oppenheimer y forme une équipe avec les scientifiques les plus brillants de l'époque. Sa femme donne naissance en 1944 à leur deuxième enfant, Katerine (dite Toni). Lorsqu'il assiste à l'explosion, il se rappelle la citation sanskrit du Bhagavad Gita: kālo'smi lokakṣayakṛt pravṛddho - « Je suis le Temps, qui en progressant, détruit le monde » Passage de la Gita où une description de la bombe et de ses effets sont relatés avec moult détails, à en croire la description moderne.
Suite à la défaite des nazis et aux bombardements atomiques sur Hiroshima et sur Nagasaki au Japon, Oppenheimer considère que ces armes doivent être contrôlées internationalement et s'oppose au développement de la bombe à hydrogène.
En 1947, il succède à Albert Einstein comme directeur de l'Institute for Advanced Study à l'Université de Princeton.