W 1958 roku zatrudnił się jako starszy farmakolog w Imperial Chemical Industries, pracował tam do 1964 roku, w którym objął stanowisko kierownika badań biologicznych w firmie Smith, Kline & French (po późniejszych procesach akwizycji przekształconej w GlaxoSmithKline). W 1984 roku został profesorem farmakologii analitycznej na King’s College London, pracował tam do przejścia na emeryturę w roku 1993. W latach 1992–2006 pełnił funkcję kanclerza University of Dundee
Black prowadził badania nad interakcjami między receptorami komórkowymi organizmu a związkami chemicznymi w krwiobiegu, które się do nich łączą. Poszukiwał tą metodą leku, który łagodziłby dusznicę bolesną, odkryty przez niego propranolol był jednym z pierwszych leków beta-adrenolitycznych.
Podobne podejście stosował w poszukiwaniu metody farmakologicznego leczenia choroba wrzodowej żołądka i dwunastnicy, które w dużej mierze spowodowana jest nadmiernym wydzielaniem kwasów przez żołądek. Opracowana przez Blacka cymetydyna, może blokować receptory histaminowe, które stymulują wydzielanie kwasu żołądkowego w żołądku.