Ved laboratoriet arbeidet hun blant annet med de radioaktive stoffene radium og uran, og forholdet mellom dem i mineraler. Gleditsch utførte en teknikk kalt fraksjonerte krystalliseringer, som renset radium. Arbeidet, som var svært spesialisert og få kunne fullføre, gjorde at laboratorieavgiftene hennes ble frafalt. Forskningen og samarbeidet med Marie Curie resulterte i mange viktige vitenskapelige bidrag og internasjonal anerkjennelse. Etter fem år i Paris dro Ellen Gleditsch tilbake til Kristiania og universitetet der. Hun foreleste om radioaktivitet og ledet laboratoriearbeidet. Etter å ha jobbet ett år, vant hun det første stipendet som noen gang ble gitt til en kvinne fra American-Scandinavian Association for å studere i USA, men ble avslått av begge skolene hun søkte på. Hun reiste uansett til USA og fikk mulighet til å ved Yale med bestemmelse av halveringstiden til radium.