Marie-Anne kontynuowała naukę po ślubie, koncentrując się na dziedzinach, które zajmowały jej męża, czyli filozofii i naukach ścisłych. Nauczyła się niemieckiego i łaciny, by mieć dostęp do najważniejszych tekstów naukowych epoki. By wesprzeć męża, przyswoiła sobie także angielski, z którego później tłumaczyła dla niego prace naukowe. Pobierała także lekcje rysunku u Jacques-Louisa Davida. mały|Ilustracja z Traité Élémentaire de Chimie. W prawym dolnym rogu widać podpis Paulze Lavoisier|alt=

W 1775 małżeństwo przeniosło się do Paryża. Marie-Anne została asystentką męża, pomagając mu przy eksperymentach w laboratorium. Ilustrowała także jego artykuły i szkicowała przebieg eksperymentów oraz użyte przyrządy. Jej prace można zobaczyć m.in. w Traité Élémentaire de Chimie (1789) – pierwszym nowoczesnym podręczniku chemii. Akwarele, które stworzyła jako pierwowzory do swoich rycin zawartych w podręczniku, znajdują się dziś bibliotece Uniwersytetu Cornella. Zajmowała się również tłumaczeniem z angielskiego prac dotyczących chemii. Przełożyła dzieła m.in. Henry’ego Cavendisha i Josepha Priestleya. Szczególnie istotnym jest jej przekład pracy An Essay on Phlogiston Richarda Kirwana, w komentarzu do którego Lavoisier, wsparty współpracownikami i żoną, podważył dotychczasową teorię flogistonu.