1912-től a Vilmos Császár Társaság Kémiai Intézetének Otto számára létesített radioaktív részlegében, lényegesen jobb körülmények között végezhették kísérleteiket. A háború után itt folytatták a munkát.
1918-ban, 40 évesen kapott először saját részleget. A fizikai-radioaktivitás részleg vezetője lett. Négy évvel késöbb habitált (doktori fokozatot követő cím, az egyetem által adható legmagasabb képesítés). 46 évesen a magfizika professzora lett.

Lise és Otto a laboratóriumban
1933-ban zsidó származása miatt elvesztette a tanítási jogát, valamint munkáját is egy másik intézetben volt kénytelen végezni. Miután Németország bekebelezte Ausztriát, Lise német állampolgár lett, így az élete már ténylegesen veszélyben volt. Svédországba menekült ahol kutatásait 13 éven át a Nobel-Intézetben folytatta.
Svédországi tartózkodása alatt 1938-ban Otto írt neki egy általa felfedezett folyamatról amit „szétpukkadásnak“ nevezet.
Lisenek volt mit kiszámolni és publikálni, szinte azonnal felismerte a folyamat lényegét, a maghasadást.
Mi is az a maghasadás?

A maghasadás (fisszió) során egy atommag két vagy több kisebb magra szakad, melyet gamma vagy neutronsugárzás kísérhet. A folyamat során nagy mennyiségű hő és energia szabadul fel. Feltétele, hogy a termékmagok kötési energiájának nagyobbnak kell lennie, mint a kiindulási mag kötési energiája.
Alkalmazásának alapja az, hogy bizonyos anyagok (hasadóanyagok) szabad neutronnal való ütközés hatására maghasadást szenvednek, ugyanakkor a hasadás során belőlük szabad neutronok keletkeznek. Ez önfenntartó láncreakciót hoz létre, melynek segítségével pl. egy atomreaktorban szabályozott energiafelszabadulás, atomfegyverekben viszont nagyon gyors, ellenőrizetlen reakció megy végbe. A maghasadás bizonyítottan igen hatákony energiaforrás, de a hasadás termékei jelentős ideig radióaktívak maradnak, így nehezen kezelhető nukleáris hulladék keletkezik.
Lise rájött, hogy a két atommag mely hasadáskor előáll, együtt kevesebb tömegű, mint az eredeti uránatom. Ebből a tömegcsökkenésből számolta ki a hasadáskor felszabaduló energiát; kétszáz millió elektronvolt keletkezik egy-egy mag hasadása közben. Ezzel a számítással alapozta meg az atomenergia használatát és az atomfegyverek fejlesztését. Állítólag, mikor Otto beszámolt Niels Bohr-nak az eredményről, Bohr csak ennyit mondott;
Ó, milyen ostobák voltunk mi mind!
A felfedezés jelentőségét igazolja, hogy az Egyesült Államokban és a Szovjetunióban csak második világháború után 10 évvel hozták nyilvánosságra, hogy maghasadásnál átlagosan 2,47 neutron szabadul fel.
Bár legalább egy tucatszor felkérték rá, az atombomba fejlesztésben való részvételt Lise minden egyes alkalommal visszautasította. Egész életében az atomenergia békés felhasználására törekedett. Legtöbb munkája a radioaktivitás vizsgálatából származott. Ottoval együtt egy sor radioaktív izotópot fedezett fel, valamint a magfizika alapjainak magyarázatáról publikáltak rendszeresen.
Lise az atomfizika társadalmi kérdéseivel is foglalkozott, beleértve az atomfegyverek fejlődésének és az atomenergia felhasználásának kérdését.

Lise előadást tart a Washingtoni egyetemen, 1946-ban
A felfedezésért az 1944-es kémiai Nobel-díjat (amit a háború miatt 1946-an vehetett át) csak Otto Hahnak ítélték, pedig a folyamat magyarázata Lisetől származik, akinek még csak a nevét sem említették meg. Az indoklás szerint, Németországból történt szökése miatt nem tudott Ottoval együtt dolgozni, így őt nem illeti meg a díj. Elég röhejes magyarázat, tekintve, hogy eredményeitől függetlenül szinte biztos, hogy nem élte volna meg a Náci birodalomban a háború végét ha Berlinben marad.
Az utókor tiszteletének jeléül, 1997-ben róla kapta végleges nevét a periódusos rendszer 109-es rendszámú eleme, a meitnerium.

Lise Meitner diákok körében a kémia tanszék épületének lépcsőjén, 1959
1947-ben, 69 évesen ment nyugdíjba. 1960-ban unokaöccsénél Cambridge-ben élte le utolsó éveit. 1968. októberében, pár héttel a 90. születésnapja előtt hunyt el, ugyanabban az évben, mint Otto Hahn.
Férjhez nem ment, gyermekei nem születtek. Kortársai szerint Ottohoz is csak baráti szálak fűzték, egyéb kapcsolatáról nem tudni. Szerette a természetet, gyakran tett hosszabb erdei sétákat. Kollegái elmondása szerint igen céltudatos volt, mindig keményen dolgozott. Így nyilatkozott egyszer:
Szeretem a fizikát, s nehezen tudom az életemet elképzelni nélküle. Ez olyan szerelem, mint amit aziránt érzünk, akinek majd' mindent köszönhetünk. Magánemberként állandó lelkiismeretfurdalásom van, de fizikusként tiszta maradt a lelkiismeretem.
Egy tehetséges asszony, aki kiállt amellett, hogy a nőket a tudományban is egyenlő jogok illetik. Felfedezése nyomán felelőséget érzett a béke, az atomenergia meggondolt felhasználása iránt és egész életében hű maradt egyetlen, igaz szerelméhez, a tudományhoz.
Felhasznált irodalom: