Ausgehend von ihrer frühen Faszination für die Zucht von Kristallen, arbeitete die Biochemikerin an der Erforschung der Strukturen von Molekülen und Stoffen. Sie optimierte das Verfahren der Röntgenkristallografie und wandte es auf komplizierte Naturstoffe an. Ihre Erkenntnisse verhalfen dazu, Penizillin im grossen Massstab zu produzieren. Für die Erforschung der Struktur des Vitamins B12 erhielt sie den Nobelpreis für Chemie.