招入曼哈顿计划，工作于芝加哥的“冶金实验室”。她与物理学家阿尔文·温伯格合作，负责分析的相关数据。他们从费米早期的核反应堆设计中收集数据，以考察自持链式核反应是否可能。数据结果后来被用于建设芝加哥1号堆，这是公认的人类首座核反应堆。随后，她的研究转向核裂变产物中中子毒物的问题。她与物理学家尤金·维格纳合作，研究出了“维格纳-威核裂变产物衰减估算法”（）。除了在曼哈顿计划的工作以外，凯瑟琳·威还曾拜访核废料处理厂区汉福德区和洛斯阿拉莫斯国家实验室。1945年中期，她搬到了田纳西州橡树岭，继续她在核衰变方面