Od 1960 była profesorem Uniwersytetu Kalifornijskiego w La Jolla, San Diego.
Chociaż opuściła Śląsk w trzecim roku życia i nigdy już tam nie powróciła, zajmowała się m.in. pomocą dla śląskich uchodźców w Stanach Zjednoczonych po II wojnie światowej oraz wspierała organizację Górnoślązaków w Pensylwanii – World Association of Upper Silesians. W 1967 przebywała w Warszawie w związku z obchodami 100-lecia urodzin Marii Skłodowskiej-Curie. Zapytana wtedy przez sekretarza naukowego PAN prof. Henryka Jabłońskiego, czy ma jakieś szczególne życzenia, odparła, że chciałaby jeszcze zobaczyć Katowice. Rodzinnego miasta nie miała już jednak więcej zobaczyć.
Zmarła na zawał serca i została pochowana na cmentarzu El Camino Memorial Park w San Diego.
Osiągnięcia naukowe i spuścizna thumb|Maria Goeppert-Mayer w czasie ceremonii wręczenia Nagrody Nobla (z królem Gustawem Adolfem) thumb|Krater Goeppert-Mayer na Wenus, średnica ok. 35 km, na stereoskopowym zdjęciu radarowym sondy Magellan Zajmowała się przede wszystkim teorią jądra atomowego. Wraz z Hansem Jensenem opracowała model powłokowy jądra atomu, za co została wyróżniona Nagrodą Nobla w 1963. Wraz z nią wyróżnieni zostali Jensen oraz – niezależnie – Eugene Wigner.