Lise Meitner erkannte, was die Beta-Strahlung war: aus dem Atomkern herausgeschleuderte Teilchen, die alle möglichen Geschwindigkeiten annehmen konnten. Für damals eine sensationelle Erkenntnis. Meitners Experimente waren von äußerster Genauigkeit und hatten enorme Bedeutung für die Entwicklung der damaligen Physik. 1926 wies sie experimentell nach, dass die Kern-Gammastrahlung erst nach dem radioaktiven Zerfallsprozess ausgesandt wurde. Anfang der Dreißigerjahre entdeckte man das
Neutron und begann Atome mit ihnen zu beschießen. 1938, im Alter von 60 Jahren, floh Lise Meitner vor den Nazis nach Schweden und wurde zwar Professorin am Stockholmer Institut für Physik, aber allein und abgeschnitten konnte sie nicht mehr ihren Experimenten nachgehen. Otto Hahn und sein neuer Mitarbeiter Fritz Straßmann, die in Berlin blieben, führen die Experimente fort. Mit beiden verblieb Lise Meitner in brieflichem Kontakt. Hahn und Straßmann beschossen Uran mit Neutronen, in der Hoffnung, so neue und schwerere Elemente zu erzeugen. Marie Curies Tochter Irène Curie entdeckte mit ihrem Mann gleichzeitig, dass dabei keine schwereren Elemente entstanden, sondern mehrere leichtere. Hahn und Straßmann, die diesem Hinweis nachgingen, entdeckten, dass bei Beschuss des Urans mit Neutronen Barium entstand, ein leichteres Element als Uran. Dieses sehr überraschende und für beide unerklärliche Resultat, schrieb Otto Hahn Lise Meitner in einem Brief an Weihnachten des Jahres 1938 nach Schweden. Mit ihrem Neffen, dem Physiker O.R. Frisch, der sich ebenfalls im schwedischen Exil befand, diskutierte sie die erstaunlichen Ergebnisse Hahns und Straßmanns. Sie war die erste, der klar wurde, was in einem Urankern passierte, der mit Neutronen beschossen wird. Auf Grundlage des damaligen sogenannten „Tröpfchenmodells“ des Atomkerns, das von Niels Bohr entwickelt worden war und bei dem man sich einen Atomkern ähnlich wie einen Wassertropfen von der Oberflächenspannung stabilisiert vorstellte, entwickelt Lise Meitner eine Erklärung der Ergebnisse. Sie ging davon aus, dass der Uran-Atomkern das Neutron einfängt und dadurch instabil wird. Er zerplatzt daraufhin und es entstehen zwei ungefähr gleich große Kerne eines leichteren Elements. Die Kernspaltung war entdeckt. Lise Meitner konnte zudem die dabei frei werdende Energiemenge berechnen. 1939 wurden ihre Erkenntnisse veröffentlicht und stießen am Vorabend des Zweiten Weltkrieges auf ein gewaltiges Interesse. Vor allen Dingen waren es die ungeheuren bei der Kernspaltung frei gesetzten Energiemengen, die die Militärs aufhorchen ließen.