em 1950, Chase começou a trabalhar como assistente de pesquisa no Cold Spring Harbor Laboratory no laboratório do bacteriologista e geneticista Alfred Hershey. Em 1952, ela e Hershey realizaram o experimento Hershey-Chase, que ajudou a confirmar que a informação genética é mantida e transmitida por DNA, não por proteína. O experimento envolveu a rotulagem radioativa de proteína ou ácido nucleico do bacteriófago T2 (um vírus que infecta bactérias) e ver qual componente entrou em E coli após infecção., Eles descobriram que ácidos nucleicos, mas não proteínas, foram transferidos, ajudando a resolver a controvérsia sobre a composição da informação hereditária. Hershey ganhou o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina pela descoberta em 1969, mas Chase não foi incluído.Chase deixou o Cold Spring Harbor Laboratory em 1953 e trabalhou com Gus Doermann no Oak Ridge National Laboratory no Tennessee, e mais tarde na Universidade de Rochester. Ao longo da década de 1950, ela retornou anualmente para Cold Spring Harbor para participar de reuniões do Grupo FAG de biólogos., Em 1959, ela começou seus estudos de doutorado na Universidade do Sul da Califórnia, no laboratório de Giuseppe Bertani. Bertani mudou-se para a suécia e Chase terminou sua tese com Margaret Lieb em 1964.enquanto estava na Califórnia, Chase conheceu e se casou com o cientista Richard Epstein no final da década de 1950 e mudou seu nome para Martha C. Epstein. O casamento foi breve e eles se divorciaram pouco tempo depois, sem filhos. Uma série de contratempos pessoais ao longo da década de 1960 terminou sua carreira na ciência., Ela voltou para Ohio para viver com a família e passou as últimas décadas de sua vida sofrendo de uma forma de demência que lhe roubou a memória de curto prazo. Morreu de pneumonia em 8 de agosto de 2003, aos 75 anos de idade.