Фишер предложил ей совместную работу с молодым химиком Отто Ганом. Объект их исследований – радиоактивные элементы. Ган к этому времени несколько лет стажировался в лаборатории Эрнеста Резерфорда и имел опыт в этой области. Он был талантливым химиком. Мейтнер хорошо разбиралась в используемых ими физических приборах и занималась их проектированием и монтажом, что казалось необычным столь хрупкой девушки. Она была и главным теоретиком в этом дуэте, хотя руководителем их лаборатории до 1912 г. числился Ган. Их научный тандем просуществовал тридцать один год и оказался весьма плодотворным. Им удалось открыть новый элемент протактиний, существование которого предсказала Мейтнер. Для измерения бета-излучений они впервые стали применять феномен радиоактивной отдачи и исследование их в магнитном поле.
В 1909 г. она докладывала о совместных с Ганом работах на конгрессе в Зальцбурге и удостоилась лестной оценки Эйнштейна. Их лаборатория тесно сотрудничала с Кавендишской лабораторией Эрнеста Резерфорда в Англии. Они получали оттуда радиоактивные вещества. Необычайным кажется тот факт, что посылки с ними приходили по почте в обыкновенных картонных коробках. Тогда еще не было понятия о радиационной защите.
Ган и Мейтнер работали в те годы с радиоактивными веществами без малейшей защиты. Поначалу лабораторией им служила бывшая столярная мастерская в Институте химии на Hessische Strasse. По свидетельству современников, помещение это по своей неустроенности очень походило на то, в котором работала Мария Склодовская-Кюри в Париже. В первые годы Мейтнер не получала никакого вознаграждения, материальную поддержку ей оказывали родители.
Все ограничения для женщин в науке были сняты в Германии только в конце 1909 г. Правда, женский туалет в Институте химии еще долго отсутствовал.
В общественном сознании сохранялось мнение, что женщинам научная работа в серьезной физике и химии противопоказана. Как-то действительно был случай, когда у студентки загорелась коса от бунзеновской горелки, а мужские бороды считались почему-то более огнеупорными. Неудивительно, что в одной из берлинских газет сообщалось, что госпожа доктор Мейтнер прочла доклад под названием «Проблемы косметической физики». Настоящее название доклада «Проблемы космической физики»– показалось корреспонденту слишком далеким от того, чем, по его мнению, должна заниматься дама, пусть и ученая…