Pracowała w MIT i na Uniwersytecie w Princeton. W 2001 wróciła na Uniwersytet Harvarda. Jest pierwszą kobietą, która otrzymała stały etat wykładowcy (tzw. tenure) na wydziale fizyki w Princeton i pierwszą teoretyczną fizyczką, które otrzymała tenure na Harwardzie. Z uwagi na uzdolnienia matematyczne bywa porównywana do Emmy Noether. Zajmuje się kosmologią, fizyką cząstek elementarnych, supersymetrią, teorią strun i ciemną materią. Należy do najczęściej cytowanych i najbardziej wpływowych fizyków teoretyków.
Rozgłos przyniosła jej praca nad dodatkowymi wymiarami. Razem ze współpracownikiem Ramanem Sundrumem stworzyła model, według którego świat, w którym żyjemy, jest czterowymiarową czasoprzestrzenią, tzw. braną, zanurzoną w pięciowymiarowej wygiętej czasoprzestrzeni zwanej antydesitterowską, której piąty wymiar jest ukryty. W pięciowymiarowej wygiętej czasoprzestrzeni grawitacja, masy i energie cząstek elementarnych są różne w różnych jej miejscach.