Efter krigen blev hun stipendiat ved Fermi's Institute for Nuclear Studies. Hun arbejdede senere på Institute for Advanced Study i Princeton, New Jersey, Brookhaven National Laboratory og New York University, hvor hun blev professor i 1962. Hendes forskning involverede højenergifysik, astrofysik og kosmologi. I 1966 skilte hun sig fra Marshall og giftede sig med Nobelprismodtageren Willard Libby. Hun blev professor ved University of Colorado og medarbejder ved RAND Corporation. Senere i livet blev hun interesseret i økologiske og miljømæssige spørgsmål, og hun udtænkte en metode til at bruge isotopforholdene i træringe til at studere klimaændringer. Hun var en stærk fortaler for bestråling af fødevarer som et middel til at dræbe skadelige bakterier.
Marshall