Maria Goeppert Mayer estuvo afiliada a Argonne de 1946 a 1960. Es una de las dos únicas mujeres en recibir el Premio Nobel de Física (la otra es Marie Curie, en 1903). Nacida en Alemania, Maria Goeppert asistió a la Universidad de Gotinga. Inicialmente planeaba especializarse en matemáticas, cambió a física después de asistir a un seminario sobre el nuevo campo emergente de la física cuántica, impartido por el famoso físico Max Born. La facultad de física incluía a varias luminarias, como James Franck y Adolf Otto Reinhold Windaus. En 1930, cuando María defendió su tesis doctoral sobre reacciones de fotones dobles, Franck, Windaus y Born formaron parte del comité. (Los cuatro científicos recibirían un Premio Nobel.)

Mientras estaba en la escuela, María conoció a su futuro esposo, el físico químico Joseph Edward Mayer, un estadounidense que trabajaba con el físico James Franck. Después de casarse, se mudaron a los Estados Unidos, donde Joseph Mayer se unió a la facultad de la Universidad Johns Hopkins.

Debido a que las reglas de nepotismo en la década de 1930 prohibían la adjudicación de nombramientos de profesores a ambos miembros de una pareja casada, María no pudo asegurar un empleo en su campo. En su lugar, continuó su propia investigación física, principalmente, aplicando la mecánica cuántica a problemas químicos, sin beneficio de compensación.

Durante la Segunda Guerra Mundial, Goeppert Mayer trabajó para el Proyecto Manhattan, primero en la separación de isótopos en la Universidad de Columbia y, más tarde, con Edward Teller en el Laboratorio de Los Álamos.

Después de que los Mayer se mudaran a Chicago en 1946, María recibió un nombramiento como profesora, dividiendo su tiempo entre el Instituto de Estudios Nucleares de la Universidad de Chicago y el recién inaugurado Laboratorio Nacional Argonne, como Física Sénior en la División de Física Teórica.

Fue durante este tiempo que desarrolló un modelo matemático para la estructura de los proyectiles nucleares, el trabajo por el que fue galardonada con el Premio Nobel de Física en 1963, compartido con J. Hans D. Jensen y Eugene Paul Wigner. El modelo de Goeppert Mayer explicó «por qué ciertos números de nucleones en el núcleo de un átomo causan que un átomo sea extremadamente estable», un fenómeno que había desconcertado a los científicos durante algún tiempo. Estos números, llamados «números mágicos», representan los protones y neutrones dispuestos en conchas en el núcleo de un átomo.

Lidiando con su investigación, Goeppert Mayer tuvo la oportunidad de discutir un problema con el físico Enrico Fermi, quien le preguntó si había evidencia de acoplamiento espín-órbita. Según se informa, su pregunta sorprendió a Goeppert Mayer, quien más tarde recordó: «Cuando lo dijo, todo cayó en su lugar. En 10 minutos supe finished que había terminado mis cálculos esa noche. Fermi lo enseñó en su clase la semana siguiente.»La teoría de Goeppert Mayer de 1948 explicaba por qué algunos núcleos eran más estables que otros y por qué algunos elementos eran ricos en isótopos.

Maria Goeppert Mayer murió en 1972. Hoy, en su memoria, Argonne otorga la Beca anual Maria Goeppert Mayer a nivel internacional a científicos e ingenieros doctorales sobresalientes que se encuentran en los primeros momentos de carreras prometedoras.