Ślub miał miejsce w Atenach 21 grudnia 1907. Rok później urodziło się pierwsze dziecko, ks. Piotr, ale Maria zauważyła, że cierpi na silną oziębłość seksualną, co skłoniło ją do badań nad problematyką seksualną kobiet. W 1923 przeprowadziła pomiary anatomiczne 200 kobiet w szpitalach paryskich. Przeprowadziła także z nimi wywiady na temat ich pożycia seksualnego i doszła do wniosku, że oziębłość seksualna jest u wielu kobiet spowodowana zbyt dużą odległością między łechtaczką i wejściem do pochwy. Wyniki swych badań Maria opublikowała pod pseudonimem A.E. Narjani w eseju pod tytułem Considérations sur les causes anatomiques de la frigidité chez la femme (od swej teorii nie odstąpiła nawet jako sławna psychoanalityczka). W tym samym roku przeczytała Wstęp do psychoanalizy, w którym po raz pierwszy napotkała nazwisko Freuda.
W 1925 poznała osobiście Freuda, który 30 września przeprowadził z nią pierwszą sesję psychoanalityczną. Pozostała jego pacjentką do 1938. Od tej chwili aż do wybuchu II wojny światowej Maria Bonaparte była niejako ambasadorką Freuda w Paryżu. Austriacki uczony wyperswadował jej studia medycyny i skłonił ją do zajmowania się rozwojem psychoanalizy we Francji.