En 1831 se casó con la viuda Sarah (nacida Chandler) Challis, dimitiendo como miembro del Trinity.

Interesado en todas las áreas de físicas, fue jurado del Premio Smith, valorando el trabajo temprano de G. G. Stokes, Arthur Cayley, John Couch Adams, William Thomson (más tarde Lord Kelvin), Peter Guthrie Tait y James Clerk Maxwell.

Conjuntamente con Thomson, examinó el tema del Premio Adams sobre los Anillos de Saturno ganado por Maxwell en 1857.

[2]​ Junto con su mujer, vivió en el observatorio durante 25 años, dimitiendo finalmente de este cargo debido a la tensión crónica a la que estaba sometido por su incapacidad para mantener absolutamente al día el registro de sus nuevas observaciones astronómicas, cuando su predecesor Airy había mantenido una actitud más relajada con estas tareas.

Challis finalmente comenzó en julio de 1846 su un poco reticente búsqueda, desconociendo que el francés Urbain Le Verrier, independientemente, había realizado una predicción idéntica.

[2]​ Challis intervino con Charles Wycliffe Goodwin expresando sus puntos de vista sobre el Génesis, contenidos en la obra titulada "Essays and Reviews" (Ensayos y Revisiones) (1860).

[2]​[9]​ Challis publicó a lo largo de su carrera 225 artículos sobre matemáticas, física y astronomía.

[2]​[11]​ Olin J. Eggen llegó a decir sobre él que: "En una época más tardía, o con unas circunstancias menos amables, habría sido tachado de charlatán.

Hoy en día, habría sido tan olvidado como sus ideas extrañas de no haber sido por los acontecimientos que rodearon al descubrimiento de Neptuno en 1845, que le dieron una oportunidad genuina para alcanzar la inmortalidad científica.