I 2020 ble hun sammen med Emmanuelle Charpentier tildelt Nobelprisen i kjemi. De to hadde i noen år samarbeidet om det de ble hedret for med prisen. Charpentier var i sin tid gruppeleder ved (MIMS) i Umeå, og samarbeidet med Doudna som arbeidet ved UC Berkeley. De oppdaget mekanismene bakom CRISPR/Cas9-systemet, noe som førte til utviklingen av et verktøy – ofte kalt en «genteknisk saks» – som gir forskere mulighet til å redigere og endre organismers DNA.