Concluiu seus estudos de Física e Química em1920, na Universidade de Cambridge. A instituição de ensino acolhia a presença de mulheres, mas não lhes cedia título universitário oficial.
Em 1923, chegou ao Observatório de Harvard. O observatório empregou
aproximadamente 80 mulheres para estudar fotografias de estrelas feitas
em placas de vidro. Eram conhecidas como "mulheres computadores".
Durante o tempo em que Cecilia trabalhava no Observatório, usou seus
conhecimentos na área de física quântica para fazer uma descoberta
transformadora: determinar a composição das estrelas.
Durante a pesquisa para seu doutorado, que adquiriu em 1925, a astrônoma
concluiu que as estrelas são compostas de hidrogênio e hélio. No entanto,
essa conclusão foi contestada - e até ridicularizada - na época. Porém,
a descoberta acabou sendo confirmada.
