Tematyka badań We wczesnym okresie kariery naukowej Marian Cleeves Diamond zajmowała się anatomią zwierząt. W roku 1948 uczestniczyła w badaniach z zakresu biologii morskiej, w tym w wyprawach polarnych. Po powrocie do Stanów Zjednoczonych i kursach neuroanatomii w Medical School skoncentrowała się na problemach neurologii, a zwłaszcza neuroanatomii. Po II wojnie światowej przedmiotem jej badań były m.in. zagadnienia bólu, np. bólów fantomowych, odczuwanych przez ofiary wojny po amputacjach (praca magisterska, 1949). W następnych latach wykonywała badania histologiczne i fizjologiczne, dotyczące hormonów przysadki. Była zainteresowana m.in. ilością wazopresyny (ATC, ADH) w nucleus supraopticus podwzgórza i w tylnej przysadce szczurów w różnych warunkach doświadczalnych. Wykonała pracę doktorską na temat Interrelationships of the Hypothalamus and the Neurohypophysis (1953).