La catastrophe nucléaire de Tchernobyl du 26 avril 1986 fut pour 
Sebastian Pflugbeil un moteur essentiel de sa vie. Avec le concours d'un groupe de Médecins pour la paix, il avait rédigé une brochure sur les effets des armes nucléaires et distribué par le biais de la Fédération des Églises évangéliques de la RDA. En mai 1986, il informa différentes commissions ecclésiastiques des projets et des risques de l'industrie nucléaire en RDA. À la suite de cela, le synode des Églises protestantes de l'Union lança un appel à l’arrêt progressif des installations nucléaires de fabrication soviétique. Le physicien fit partie du petit comité de personnes qui aidèrent Michael Beleites dans ses recherches pour son livre Pechblende, sur les conséquences de l'extraction d'uranium en RDA par la société Wismut AG. En 1988, l'étude Energie und Umwelt paraît, par laquelle Pflugbeil informa sur la situation catastrophique du secteur de l'énergie en RDA. C'est sur cette base que le réseau pacifiste Frieden Konkret élargit son champ de travail.

En septembre 1989, Sebastian Pflugbeil fit partie des premiers signataires de l'appel à fondation du Neues Forum et représenta les militants pacifistes à de la Table ronde centrale. À partir du mois de février 1990, il usa de sa position de ministre sans portefeuille dans le gouvernement Modrow, pour arrêter l'exploitation de la centrale nucléaire de fabrication soviétique située à Greifswald. De 1990 à 1994, il fut membre de la Chambre des députés de Berlin. Depuis 1993, Pflugbeil est président de l'association allemande pour les enfants de Tchernobyl Verein Kinder von Tschernobyl, et depuis 1999, président de l'association de protection contre les radiations Gesellschaft für Strahlenschutz e. V. Il a été conseiller auprès de l'institution chargée de la conservation des documents de la Stasi (BStU, Bundesbeauftragte für die Stasiunterlagen der ehemaligen DDR) pour mettre au jour l'utilisation de matériaux radioactifs par la Stasi, employés par celle-ci pour faciliter le travail de surveillance de citoyens insubordonnés, sans se soucier des conséquences pour les victimes.