Była szczególnie znana z pracy nad grafitem, grafitowymi związkami interkalacyjnymi, fulerenami, nanorurkami węglowymi i niskowymiarowymi termoelektrykami. Jej badania pomogły w opracowaniu technologii opartej na cienkim graficie, która umożliwia wykorzystywanie go m.in. w odzieży i smartfonach.
Została nagrodzona Narodowym Medalem Nauki w 1990 roku w uznaniu jej pracy nad elektronicznymi właściwościami materiałów, a także poszerzaniem możliwości pracy kobiet w nauce i inżynierii. W 2008 roku otrzymała Medal Oersteda, a w 2015 roku Medal Honoru IEEE.
W latach 2000–2001 była dyrektorem biura fizyki w amerykańskim Departamencie Energii USA. W latach 2003–2008 była przewodniczącą rady zarządzającej American Institute of Physics. Pełniła także funkcję prezesa Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego, pierwszej kobiety-prezydenta Amerykańskiego Stowarzyszenia na rzecz Postępu Nauki oraz skarbnika National Academy of Sciences.
Poświęciła wiele czasu na promowaniu udziału kobiet w fizyce. W 1971 roku zorganizowała pierwsze forum kobiet na MIT jako seminarium poświęcone rolom kobiet w nauce i inżynierii.