Maria Goeppert-Mayer była drugą w historii kobietą (po Marii Skłodowskiej-Curie) wyróżnioną Nagrodą Nobla.
Była autorką m.in.: Statistical Mechanics (1940, z mężem) The Elementary Theory of Nuclear Shell Structure (1951, z Jensenem)
Model Marii Goeppert-Mayer wyjaśnia, dlaczego jądra atomowe są szczególnie stabilne, kiedy posiadają pewne szczególne liczby nukleonów –„liczby magiczne” (zob. model powłokowy). Wbrew panującemu wtedy przekonaniu, Maria zaproponowała model z zamkniętymi powłokami z parami protonów i neutronów sprzężonych mechanizmem zwanym sprzężeniem spinowo-orbitalnym (ang. Spin–orbit interaction). Maria sama opisała to elegancko w następujący sposób:
W swojej pracy doktorskiej (1931) Maria wskazała teoretycznie na możliwość molekularnej absorpcji dwufotonowej. Zjawisko to zostało potwierdzone dopiero w latach 1960. (z użyciem nowo odkrytych wtedy laserów). Ta dziedzina optyki nieliniowej, którą zapoczątkowała Maria, jest obecnie przedmiotem dużego zainteresowania ze względu na swoje potencjalne „trójwymiarowe” zastosowania (np. do zapisu w nośnikach danych o terabajtowych pojemnościach). Jednostka przekroju czynnego absorpcji dwufotonowej jest nazwana jednostką Goeppert-Mayer (GM).