ในปี ค.ศ.1950 เชสได้เริ่มทำงานเป็นผู้ช่วยวิจัยที่ห้องปฏิบัติการ Cold Spring Harbor ในห้องปฏิบัติการของการศึกษาแบคทีเรียและพันธุกรรมของอัลเฟรด เฮอร์ชีย์ ในปี ค.ศ.1952 เธอและเฮอร์ชีย์ได้ทำการทดลองเฮอร์ชีย์–เชส ที่ช่วยพิสูจน์ว่าสารพันธุกรรมนั้นถูกถ่ายทอดโดยดีเอ็นเอไม่ใช่โปรตีน โดยการทดลองนั้น ได้ใช้การติดฉลากกัมมันตภาพรังสีลงบนโปรตีนหรือดีเอ็นเอของแบคเทอริโอเฟจ (ไวรัสที่แพร่เชื้อในแบคทีเรีย) เพื่อดูว่าตอนแพร่เชื้อส่วนประกอบชิ้นใดที่เข้าไปใน E coli และพวกเขาได้พบว่ามีเฉพาะดีเอ็นเอที่เข้าไปใน E coli ซึ่งช่วยลดความข้อขัดแย้งเรื่องสารทางพันธุกรรม เหตุนี้เองทำให้เฮอร์ชีย์ได้รับรางวัลโนเบลในสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์ในปี ค.ศ.1969 แต่เชสไม่ได้มีชื่อเข้ารับรางวัลด้วย [5]

เชสได้ลาออกจากห้องปฏิบัติการ Cold Spring Harbor ในปี ค.ศ.1953 และทำงานกับ Gus Doermann ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ใน Tennessee และต่อมาทำงานที่ มหาวิทยาลัยแห่งโรเชสเตอร์ โดยในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1950 เธอได้กลับมาที่ห้องปฏิบัติการ Cold Spring Harbor ทุกปีเพื่อเข้าร่วมการประชุมของกลุ่มเฟจ [6] ในปี ค.ศ.1959 เธอเริ่มศึกษาปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย ในห้องปฏิบัติการของจูเซปเป เบอทานี แต่ว่าเบอทานีได้ย้ายไปสวีเดน เชสเลยได้เขียนวิทยาลัยนิพนธ์ที่เหลือจนเสร็จสิ้นกับมาร์กาเรต ลีบ ในปี ค.ศ. 1964.[7]

ในระหว่างที่อยู่ที่แคลิฟอร์เนีย เชสได้พบและแต่งงานกับเพื่อนนักวิทยาศาสตร์ที่ชื่อ ริชาร์ด เอ็ปสไตน์ ในช่วงปลายคริสต์ทศวรรษ 1950 และได้เปลี่ยนชื่อเป็น มาร์ธา โคว์ เอ็ปสไตน์ เธอมีชีวิตการแต่งงานที่สั้น พวกเขาตัดสินใจหย่าร้างกันหลังจากแต่งงานได้ไม่นาน[1]

และในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1960 เนื่องจากมีปัญหาส่วนตัวต่างๆรุมเร้า เธอเลยได้สิ้นสุดการทำงานด้านวิทยาศาสตร์ลง เธอย้ายกลับมาอยู่กับครอบครัวที่โอไฮโอและใช้ชีวิตในช่วงบั้นปลายชีวิตของเธอ เจ็บปวดกับภาวะสมองเสื่อม ที่ทำให้เธอสูญเสียความจำระยะสั้นไป ท้ายที่สุด เธอเสียชีวิตด้วยโรคปอดบวม ในวันที่ 8 สิงหาคม ค.ศ.2003 ด้วยอายุ 75 ปี[6]