W 1939 Lise Meitner wraz ze swoim siostrzeńcem Otto Robertem Frischem opublikowała artykuł Disintegration of Uranium by Neutrons: A New Type of Nuclear Reaction, rozwijając w nim podstawy teoretyczne eksperymentu Hahna i Strassmanna. Użyli przy tym po raz pierwszy terminu ukutego przez Frischa: „rozszczepienie jądra atomowego”. Przy okazji zauważyli, iż oba powstałe z uranu jądra mają razem mniejszą masę niż jądro uranu. Z różnicy mas obliczyli, za pomocą znanego wzoru Einsteina E = mc², uwolnioną energię dla pojedynczego jądra uranu – około 200 MeV. Wyliczeniem tym stworzyli jeden z elementów do pokojowego i militarnego zastosowania energii atomowej. Frisch potwierdził te obliczenia eksperymentem przeprowadzonym w styczniu 1939 roku. Jako pacyfistka z przekonania, odrzuciła amerykańskie propozycje pracy nad budową bomby atomowej w USA i pozostała w czasie wojny w Szwecji.
W 1944 Otto Hahn otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Lise Meitner i Otto Frischa pominięto, nie uwzględniając ich wkładu. W USA w 1946 Narodowy Klub Prasy okrzyknął ją „kobietą roku”. Od 1947 Lise Meitner kierowała wydziałem fizyki jądrowej na Uniwersytecie Technicznym w Sztokholmie, oprócz tego wykładała gościnnie w USA.