I Stockholm fortsatte Meitner sitt arbeid ved Manne Siegbahns institutt. Hun fikk faglig støtte av professorene Carl Wilhelm Oseen og Oskar Klein, men opplevde likevel at arbeidsforholdene ikke var tilfredsstillende. Sommeren 1943 (muligens også tidligere) fikk Meitner en forespørsel om hun kunne reise til USA og delta i Manhattanprosjektet, USAs arbeid med å lage en atombombe. Hun anså seg som pasifist, ønsket ikke å arbeide for våpenindustrien og takket nei til forespørselen fra de allierte. I løpet av 1943 avla både Max von Laue, Max Planck og Otto Hahn korte, offisielle besøk i Stockholm.