依旧受限于性别，迈特纳只能以无薪客席的身份在柏林大学化学研究所工作。她甚至只能从后门进入研究所，且不准进入教堂和学生实验室。
第一次世界大战爆发后，哈恩奔赴前线参战。正是在这段时间里，迈特纳在试验中发现了新的放射性元素镤。但这个成果1918年被报道时，哈恩是第一作者，迈特纳仅仅是哈恩的“助手”。
不久后，迈特纳的外甥奥托·罗伯特·弗里希来斯德哥尔摩度圣诞节，他发现迈特纳正在读哈恩寄来的信。这封信描述了用中子作用于铀之后，发现产物具有钡的放射性。迈特纳跟弗里希一道，试图对这一惊人的实验结果作出理论解释，最终成果以来信的形式发表在1939年元月出版的《自然》杂志上。
正是在这篇著名的来信里，迈特纳跟弗里希提出了一个物理学上的新概念、一类新的核反应——裂变。刚过一页的短文里，二人描绘了铀裂变的基本图景，并且计算出了裂变所释放出来的巨大能量。后来，迈特纳又用实验验证了裂变。
但这项成绩又一次被记在了哈恩的身上。1944年，哈恩独自一人获得了诺贝尔奖金。因为担心承认和犹太人合作会危及自己的工作甚至是生命，哈恩在获奖前后一段时间，否认曾与迈特纳合作。迈特纳对此给予了理解，毕竟两人共事长达30多年，是彼此信赖的朋友。
然而，纳粹下台后，哈恩继续否认迈特纳的贡献，一再声称迈特纳只是自己的实验助手。他的助手斯特拉斯曼则认为“莉泽·迈特纳一直是研究小组的灵魂”。玻尔也正式写信给《自然》杂志，认为“这个成就应归功于迈特纳和弗里希。”
