En 1925, en su tesis doctoral propuso que las estrellas están compuestas principalmente de hidrógeno y helio. Tenía razón.

Fue una extraordinaria recolectora de fósiles de principios de siglo XIX. Fue la primera persona en descubrir restos de dinosaurios.

En 1936 demostró que existía un límite entre lo que hoy conocemos como el núcleo externo líquido y el núcleo interno sólido de la Tierra. De hecho, esta discontinuidad lleva su nombre.

Se licenció en Químicas, Profesorado y Matemáticas. Su doctorado en Astronomía se tituló "Observaciones de pasos por dos verticales", la primera tesis de astronomía defendida por una mujer en el estado español. Hizo grandes aportaciones a la Astronomía. Además, fue profesora en la Facultad de Ciencias de la USC, la Escuela de Magisterio Santa María de Madrid, la Universidad Complutense...etc. Todo esto a principios del siglo XIX.

Su compañero de investigación descubrió que el uranio al ser bombardeado por neutrones daba como resultado elementos más ligeros y ella halló la explicación teórica y lo llamó "fisión nuclear". Solo a él le dieron el Nobel en 1944. Le pidieron participar en el proyecto Manhattan, a lo que ella respondió con un no rotundo, que de ninguna manera iba a participar en crear una bomba.

Participó en numerosos estudios relacionados con la astrofísica, pero su trabajo más reconocido fue el ser una pionera en emplear una técnica médica para el análisis de las estrellas binarias: la astrotomografía. Ella lo describía así: "Es como hacerle un TAC a una estrella: hacemos muchas observaciones espectrales a nuestro paciente, el sistema binario en este caso, desde distintas perspectivas a medida que se va moviendo respecto a nosotros, y luego las combinamos. El resultado es una imagen combinada en la que vemos cómo se mueve el gas de una estrella a otra."

Trabajó duro en yacimientos de Kenia y Tanzania. sus descubrimientos antropológicos y paleontológicos del siglo XX no se podrían haber excavado sin la tenacidad y exactitud de esta antropóloga. Entre sus logros más conocidos, por ejemplo, el descubrimiento del primer cráneo de un simio fósil o las huellas de Laetoli, que nos permiten saber que nuestros antepasados ya caminaban erguidos hace 3,5 millones de años.

Logró desvelar la estructura tridimensional de numerosas e importantes biomoléculas como el colesterol, la penicilina, la vitamina B12 o la insulina mediante los rayos X y sin la ayuda de los ordenadores, que no existían todavía. Le otorgaron el Nobel de Química en 1964.

En 1953 se incorporó al laboratorio científico de Severo Ochoa en Nueva York, donde descubrió una enzima capaz de sintetizar cadenas de ARN in vitro sin necesidad del molde de ADN. Poco después, Arthur Komberg, que también era discípulo de Ochoa, descubrió la enzima responsable de la síntesis de ADN. Estos descubrimientos propiciaron que en cualquier laboratorio se pudiese obtener ARN y ADN, crucial para descifrar el código genético. En 1959 le otorgaron el Nobel de Medicina a Ochoa y Kornberg, olvidándose totalmente de esta científica increíble.