在1961年研究辐射的潜在危害时，发现了X染色体去活化，这也是她最为大家所知的研究，称为「里昂化作用」（Lyonization）。她的研究主要是针对X染色体的基因控制机制，说明为何有许多健康的妇女，其体内带有会导致疾病的性联基因，但却没有症状。像杜兴氏肌肉营养不良症就是一种和X染色体有关的性联遗传病。玛莉·里昂也在老鼠的T复合物受体以及哺乳类的基因研究上有许多贡献。
荣誉.玛莉·里昂是皇家学会的院士，美国国家科学院的外国院士，美国文理科学院的外国荣誉院士。在1994年获得人类基因学