Vuonna 1950, Chase alkoi työskennellyt tutkimus-avustaja, Cold Spring Harbor Laboratory laboratoriossa bacteriologist ja geneetikko Alfred Hershey. Vuonna 1952 hän teki Hersheyn kanssa Hershey–Chase-kokeen, jonka avulla varmistettiin, että geneettistä tietoa pidetään ja välitetään DNA: n, ei proteiinin avulla. Kokeilu mukana radioaktiivisesti merkintöjä joko proteiinia tai nukleiinihapon bacteriophage T2 (virus, joka tartuttaa bakteerit) ja nähdä, mikä osa tuli e. coli-infektion., He havaitsivat, että nukleiinihapot mutta eivät proteiinia siirrettiin, mikä auttoi ratkaisemaan kiistan perinnöllisen tiedon koostumuksesta. Hershey sai löydöstä Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon vuonna 1969, mutta Chase ei ollut mukana.
Chase left Cold Spring Harbor Laboratory vuonna 1953 ja työskennellyt Gus Doermann Oak Ridge National Laboratory Tennesseessä, ja myöhemmin Yliopistossa Rochester. Koko 1950-luvun alus palasi vuosittain Cold Spring Harboriin osallistuakseen biologien Phage-ryhmän kokouksiin., Vuonna 1959 hän aloitti tohtoriopinnot Etelä-Kalifornian yliopistossa Giuseppe Bertanin laboratoriossa. Bertani muutti Ruotsiin ja Chase viimeisteli gradunsa Margaret Liebin kanssa vuonna 1964.
Vaikka Kaliforniassa, Chase tapasi ja meni naimisiin mies tiedemies Richard Epstein 1950-luvun lopulla ja muutti nimensä Martha C. Epstein. Avioliitto oli lyhyt ja he erosivat pian sen jälkeen ilman lapsia. Sarja henkilökohtaisia takaiskuja 1960-luvulla päätti hänen uransa tieteessä., Hän muutti takaisin Ohioon asumaan perheen luokse ja kärsi elämänsä viimeiset vuosikymmenet dementiasta, joka vei häneltä lyhytaikaisen muistin. Hän kuoli keuhkokuumeeseen 8. elokuuta 2003 75-vuotiaana.