Nel 1950, Chase iniziò a lavorare come assistente di ricerca presso il Cold Spring Harbor Laboratory nel laboratorio del batteriologo e genetista Alfred Hershey. Nel 1952, lei e Hershey eseguirono l’esperimento Hershey–Chase, che contribuì a confermare che l’informazione genetica è trattenuta e trasmessa dal DNA, non dalle proteine. L’esperimento ha coinvolto l’etichettatura radioattiva di proteine o acidi nucleici del batteriofago T2 (un virus che infetta i batteri) e vedere quale componente è entrato in E coli dopo l’infezione., Hanno scoperto che gli acidi nucleici ma non le proteine sono stati trasferiti, aiutando a risolvere le controversie sulla composizione delle informazioni ereditarie. Hershey ha vinto il premio Nobel per la Fisiologia o la medicina per la scoperta nel 1969, ma Chase non è stato incluso.
Chase lasciò il Cold Spring Harbor Laboratory nel 1953 e lavorò con Gus Doermann all’Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee, e successivamente all’Università di Rochester. Nel corso del 1950, tornò ogni anno a Cold Spring Harbor per prendere parte alle riunioni del Gruppo di biologi dei fagi., Nel 1959 inizia gli studi di dottorato presso la University of Southern California nel laboratorio di Giuseppe Bertani. Bertani si trasferì in Svezia e Chase terminò la sua tesi con Margaret Lieb nel 1964.
Mentre era in California, Chase incontrò e sposò il collega scienziato Richard Epstein alla fine degli anni ‘ 50 e cambiò il suo nome in Martha C. Epstein. Il matrimonio fu breve e divorziarono poco dopo senza figli. Una serie di battute d’arresto personali attraverso il 1960 ha concluso la sua carriera nella scienza., Si è trasferita di nuovo in Ohio a vivere con la famiglia e ha trascorso gli ultimi decenni della sua vita affetti da una forma di demenza che la derubato di memoria a breve termine. Morì di polmonite l ‘ 8 agosto 2003, all’età di 75 anni.