Etterhvert var det vanskelighetene rundt forståelsen av betastråling som opptok Meitner mest. I 1930 mottok hun et brev fra Wolfgang Pauli hvor han foreslo at problemene kunne forklares ved at det i prosessen ble sendt ut en ekstra partikkel, nøytrinoet. For å hjelpe til med de teoretiske problemene som oppsto i forbindelse med eksperimentene, ble fysikeren Max Delbrück ansatt i 1932. En av hans første oppgaver var å undersøke anomalier i spredning av gammastråling. Knapt et år senere ble det klart at disse skyldes det ny-oppdagede positronet. Omtrent samtidig oppdaget James Chadwick nøytronet i England. Meitner og Delbrück skrev på dette tidspunktet en av de første lærebøker om kjernefysikk, .