Som doktorand på Göttingens universitet skrev Göppert sin doktorsavhandling om teorin kring tvåfotonabsorption av atomer. Vid tiden för hennes examen verkade det avlägset att verifiera avhandlingen experimentellt, men senare möjliggjordes detta med hjälp av utvecklingen av laser. Idag är enheten för tvåfotonabsorptionstvärsnitt kallad Goeppert-Mayer-enheter (GM-enheter) efter Maria.
Maria Goeppert gifte sig med Joseph Edward Mayer 1930 och flyttade till USA. Edward Mayer var docent vid Johns Hopkins University, men strikta regler mot nepotism hindrade universitet från att ta in Goeppert-Mayer som fakultetsmedlem. Hon fick dock en anställning som assistent på Johns Hopkins university och publicerade en artikel om dubbelt betasönderfall år 1935. År 1937 flyttade hon till Columbia University där hon fick en oavlönad anställning. Under andra världskriget arbetade hon med isotopseparering för Manhattanprojektet vid Columbia; hon arbetade även tillsammans med Edward Teller vid Los Alamos National Laboratory för att utveckla Tellers "super"bomb.
Efter kriget arbetade Goeppert-Mayer som oavlönad docent i fysik vid University of Chicago och som senior-fysiker vid det närliggande Argonne National Laboratory. Maria Goeppert-Mayer utvecklade tillsammans med J. Hans D. Jensen och Eugene Wigner en matematisk modell för atomkärnornas skalstruktur för vilket de belönades med Nobelpriset i fysik år 1963. År 1960 utnämndes hon till professor i fysik vid University of California i San Diego.
^Aleksandr M. Prochorov (red.), ”Гёпперт-Майер Мария”, Большая советская энциклопедия : [в 30 т.], tredje utgåvan, Stora ryska encyklopedin, 1969, läst: 28 september 2015.[källa från Wikidata]
^ [abcdef] Marilyn Bailey Ogilvie, The Biographical Dictionary of Women in Science : Pioneering Lives From Ancient Times to the Mid-20th Century, vol. 1, Routledge, 16 december 2003, s. 510, ISBN 978-1-135-96342-2.[källa från Wikidata]
^Tjeckiska nationalbibliotekets databas, NKC-ID: ntk20211109654, läst: 19 december 2022.[källa från Wikidata]
^ [abcdef] läs online, history.aip.org , läst: 26 mars 2019.[källa från Wikidata]
^s. 311, läs online, läst: 18 april 2023, ”On January 19, 1930, she married Joseph E. Mayer, a chemist [...]”.[källa från Wikidata]