Odkryła, że różnicowanie komórki rozpoczyna się od niejednorodności w regulatorach epigenetycznych już w stadium czterokomórkowym, która kieruje kaskadą molekularną ustanawiając polaryzację, pozycję i przeznaczenie komórki.
Późniejsze badania embriogenezy zarówno mysiej, jak i ludzkiej, podczas implantacji i we wczesnych fazach postimplantacyjnych w metodzie in vitro pozwoliły na odkrycie, że przebudowa podczas implantacji jest robiona autonomicznie przez zarodek. Odkryła mechanizm leżący u podstaw przechodzenia pomiędzy stadium blastocysty a gastruli, który zmienił dotychczasową, podręcznikową wiedzę na ten temat. Zespół Magdaleny Żernickiej-Goetz odkrył, że samoorganizacja poszczególnych części zarodka, bez udziału tkanek matki, i tworzenie w nim kolejnych błon i jamek zachodzi nie na skutek ich zaprogramowanej śmierci (apoptozy), jak dotychczas sądzono, a dzięki polaryzacji komórek. Wykazanie samoorganizacji ludzkich embrionów podczas rozwoju in vitro do 13/14 dnia, fazy gastrulacji, umożliwiło bezprecedensową szansę na badanie ludzkiego rozwoju na etapach wcześniej niedostępnych. Odkrycie to zdobyło tytuł naukowego przełomu roku 2016 w głosowaniu czytelników magazynu „Science”.