en 1950, Chase a commencé à travailler comme assistante de recherche au Cold Spring Harbor Laboratory dans le laboratoire du bactériologiste et généticien Alfred Hershey. En 1952, elle et Hershey ont réalisé L’expérience Hershey–Chase, qui a permis de confirmer que l’information génétique est détenue et transmise par L’ADN, et non par des protéines. L’expérience a consisté à marquer radioactivement une protéine ou un acide nucléique du bactériophage T2 (un virus qui infecte les bactéries) et à voir quel composant est entré dans E coli lors de l’infection., Ils ont constaté que les acides nucléiques mais pas les protéines ont été transférés, aidant à résoudre la controverse sur la composition de l’information héréditaire. Hershey a remporté le prix Nobel de physiologie ou de médecine pour cette découverte en 1969, mais Chase n’a pas été inclus.
Chase a quitté le Cold Spring Harbor Laboratory en 1953 et a travaillé avec Gus Doermann au Oak Ridge National Laboratory dans le Tennessee, puis à L’Université de Rochester. Tout au long des années 1950, elle retourne chaque année à Cold Spring Harbor pour participer aux réunions du groupe de biologistes phages., En 1959, elle commence des études doctorales à L’Université de Californie du Sud dans le laboratoire de Giuseppe Bertani. Bertani a déménagé en Suède et Chase a terminé sa thèse avec Margaret Lieb en 1964.
pendant son séjour en Californie, Chase a rencontré et épousé son collègue scientifique Richard Epstein à la fin des années 1950 et a changé son nom pour Martha C. Epstein. Le mariage a été bref et ils ont divorcé peu de temps après sans enfants. Une série de revers personnels au cours des années 1960 met fin à sa carrière scientifique., Elle est retournée dans l’Ohio pour vivre avec sa famille et a passé les dernières décennies de sa vie à souffrir d’une forme de démence qui l’A privée de la mémoire à court terme. Elle est décédée d’une pneumonie le 8 août 2003, à l’âge de 75 ans.