Manne Siegbahn ở Stockholm. Nhưng có lẽ đến Thuỵ Điển là một sai lầm
của bà. Tại đây môi trường làm việc không ủng hộ phụ nữ làm khoa học.
Meitner không được tham gia nhóm nghiên cứu của Siegbahn, cũng không
được cung cấp các điều kiện để lập nhóm nghiên cứu riêng. Người ta cho
phép bà sử dụng phòng thí nghiệm nhưng trong cái phòng thí nghiệm đó bà
không có lấy một cộng sự nào, không có trang thiết bị, thậm chí bà không
có chìa khoá riêng. Giải nobel một lần nữa từ chối bà chỉ vì bà là dân lưu
vong.
Quen biết và bắt đầu cộng tác nghiên cứu phóng xạ với Otto Hahn từ khi
nhà hoá học này còn làm việc cho viện Emil Fischer và trong khi nhiều nhà
khoa học nổi tiếng khác có thành kiến với phụ nữ thì Hahn lại dành cho
Meitner sự ủng hộ tích cực. Năm 1912 họ cùng nhau chuyển tới làm việc ở
viện hoá học Kaiser Wilhelm và sát cánh bên nhau trong các công trình
nghiên cứu quan trọng. Cho đến năm 1937, họ đã phát hiện ra ít nhất 9
nguyên tố có tính phóng xạ khác nhau. Trong thời gian Lise sống và làm
việc ở Stockholm họ vẫn ấp ủ những dự định hợp tác nghiên cứu. Tháng
mười năm 1938 họ bí mật gặp nhau tại Copenhagen và lập kế hoạch cho
các thí nghiệm về phân rã hạt nhân, vấn đề đang được giới khoa học quan
tâm. Trở ngại về không gian không ngăn cản được Meitner cộng tác chặt
chẽ với Hahn. Lúc đầu Hahn tin rằng phân rã hạt nhân là điều không thể,
nhưng Meitner đã chứng minh cho Hahn thấy rằng điều đó đã xảy ra.
Meitner là người đầu tiên hiểu rằng nguyên tử hạt nhân chưa phải là nhỏ
nhất mà các nguyên tử hạt nhân còn có thể chia thành các phần nhỏ hơn;
các nguyên tử urani còn phân chia thành bari và kryton kèm theo sự giải
phóng một số nơtron và một năng lượng rất lớn. Các thí nghiệm chứng
minh sự phân rã hạt nhân được thực hiện ở phòng thí nghiệm của Hahn ở
Berlin.
Thân phận lưu vong của Meitner không cho phép bà và Hahn cùng nhau
công bố thành quả nghiên cứu của họ. Tháng Một năm 1939, Hahn công bố
phát minh hoá học của mình về sự phân rã hạt nhân, một tháng sau Meitner
