I 1950, Chase begynte å jobbe som vitenskapelig assistent ved Cold Spring Harbor Laboratory i laboratoriet av bakteriologen og genetiker Alfred Hershey. I 1952, hun og Hershey utført Hershey–Chase eksperiment, som bidro til å bekrefte at genetisk informasjon er holdt og overføres av DNA, ikke av protein. Eksperimentet involverte radioactively merking enten protein eller nukleinsyre av bacteriophage T2 (et virus som infiserer bakterier) og se hvilken komponent inn E coli ved infeksjon., De fant at nukleinsyrer, men ikke protein ble overført, å bidra til å løse uenighet om sammensetningen av arvelig informasjon. Hershey vant nobelprisen i Fysiologi eller Medisin for oppdagelsen i 1969, men Jakten var ikke inkludert.
Chase venstre Cold Spring Harbor Laboratory i 1953 og arbeidet med Gus Doermann ved Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, og senere ved University of Rochester. Gjennom 1950-tallet, kom hun tilbake årlig til Cold Spring Harbor til å ta del i møter i Phage Gruppe av biologer., I 1959 begynte hun ph.d. – studier ved University of Southern California i laboratoriet av Giuseppe Bertani. Bertani flyttet til Sverige og Chase ferdig med sin avhandling med Margaret Lieb i 1964.
Mens i California, Jag møtte og giftet seg med forskeren Richard Epstein i slutten av 1950-tallet og forandret sitt navn til Martha C. Epstein. Ekteskapet ble kortvarig, og de skilte seg kort tid etter med ingen barn. En serie av personlige nederlag gjennom 1960-tallet avsluttet sin karriere i vitenskapen., Hun flyttet tilbake til Ohio for å bo med familie og tilbrakte de siste årene av hennes liv som lider av en form for demens som ranet henne på kort sikt minne. Hun døde av lungebetennelse 8. August 2003, i en alder av 75.