在海森堡，从磁云室中发现了正电子和负电子间几乎全部能量交换的弹性碰撞现象。被1946年的英国《自然》杂志称为"科学珍闻"。

在法国，与丈夫钱三强合作发现铀核的三分裂与四分裂，在国际科学界引起巨大轰动，为深入研究裂变机制开辟了一个新领域。

50年代初，世界上只有英国和苏联两个国家掌握制造原子核乳胶的技术，1956年，她领导制成对质子、α粒子及裂变碎片灵敏的原子核乳胶核-2和核-3，在灵敏度等主要性能方面达到与英国依尔福C-2相当的水平。获得1956年度中国科学院奖（自然科学部分）。 

积极领导开展中子物理与裂变物理的实验准备工作，1958年，我国第一台反应堆及回旋加速器建成后，研制实验设备，陆续进行了中子物理和裂变物理领域多方面的研究。

提出以科学高空气球及高山站等为手段，推动宇宙线超高能物理及高能天体物理研究的开展。倡导并扶持建成了世界上海拔最高的高山乳胶室，发展了高空科学气球以及空间硬x射线探测技术及其他配套技术。