Tharp rozpoczęła pracę jako młodszy geolog w Stanolind Oil Company w Tulsa. Mimo że w czasie II wojny światowej i po niej więcej kobiet było rekrutowanych do zawodów, które zazwyczaj były zarezerwowane dla mężczyzn (bo ci byli na wojnie), Tharp doświadczyła dyskryminacji ze względu na płeć. Odkryła, że firma nie pozwala kobietom na pracę w terenie. Tharp mogła jedynie koordynować prace nad mapami i danymi potrzebnymi na wyjazdy terenowe kolegów. W czasie czteroletniej pracy w firmie Tharp podjęła studia na Wydziale Matematyki Uniwersytetu Tulsa. Uzyskała drugi dyplom licencjacki.
Kariera thumb|Don Blomquist i Marie Tharp przy stole kreślarskim w 1968; widać mapy Grzbietu Śródatlantyckiego thumb|Globus batymetryczny stworzony przez Marie Tharp i Bruce'a Heezena W 1948 Marie Tharp przeprowadziła się do Nowego Jorku. Próbowała znaleźć pracę w Amerykańskim Muzeum Historii Naturalnej, potem na Uniwersytecie Columbia. Ostatecznie zatrudniła się jako projektantka u Maurice'a Ewinga, założyciela Obserwatorium Geologicznego Lamont (obecnie Obserwatorium Ziemi Lamont-Doherty). Była jedną z pierwszych kobiet pracujących w tej instytucji.