Pada pertengahan 1976, atas arahan Bhutto, Khan mendirikan Laboratorium Riset Teknik (ERL). Tujuan laboratrium ini untuk mengembangkan kemampuan pengayaan uranium. Pada Mei 1981, laboratorium tersebut berganti nama menjadi Khan Research Laboratory (KRL).
Pusat laboratorium Khan berada di Kahuta, 50 km tenggara Islamabad. Di sana, Khan mengembangkan sentrifugal prototipe berdasarkan desain Jerman dan menggunakan daftar pemasoknya untuk mengimpor komponen penting dari perusahaan Swiss, Belanda, Inggris, dan Jerman.
Khan berhasil membuat Pakistan memiliki senjata uraniumnya sendiri. Pada pertengahan 1980-an dia menciptakan perusahaan di Dubai, Malaysia, dan bdi tempat lain. Melalui perusahaan ini, secara diam-diam dia memperdagangkan sentrifugal, komponen, desain, dan keahliannya.
Pelanggannya termasuk Iran, yang kemudian membangun kompleks pengayaan uranium berdasarkan model Pakistan. Khan mengunjungi Korea Utara setidaknya 13 kali dan diduga telah mentransfer teknologi pengayaan ke negara itu. Libya, yang dipasok oleh Khan, juga memulai program senjata nuklir sampai dihentikan oleh Amerika Serikat pada tahun 2003.
Pada 31 Januari 2004, Khan ditangkap karena mentransfer teknologi nuklir ke negara lain. Pada tanggal 4 Februari, di televisi Pakistan, dia menyatakan bertanggung jawab penuh atas operasinya dan membebaskan militer dan pemerintah dari keterlibatan apa pun.
Keesokan harinya dia diampuni oleh presiden Pakistan, Pervez Musharraf, tapi dia menjalani tahanan rumah hingga 2009.
Para pengkritik Khan, khususnya di Barat, menyatakan kekecewaannya atas perlakuan lunak terhadap seorang pria yang oleh seorang pengamat disebut “penyebar nuklir terbesar sepanjang masa.”
Namun, bagi banyak orang Pakistan, Khan tetap menjadi simbol kebanggaan. Dia seorang pahlawan yang berkontribusi besar memperkuat keamanan nasional Pakistan melawan India.
Hingga akhirnya, Khan meninggal dunia Minggu (10/10/2021) usai dinyatakan positif Covid. Khan meninggal setelah dirawat di rumah sakit.