Лиза Мейтнер приехала в Берлин в 1907 г. и установила долгосрочное исследовательское партнерство с Отто Ганом (Ханом). Она только что получила докторскую степень в Вене и заинтересовалась работой Марии Кюри в области радиоактивности. Кюри, однако, отказалась взять Мейтнер на работу. Макс Планк с предубеждением относился к идее высшего образования для женщин, но разрешил Мейтнер учиться и посещать лекции с целью углубления знаний по физике, хотя она уже была доктором наук. (Мейтнер боготворила Планка; он также со временем превратился в одного из главных ее союзников.) Желая большего, чем посещение лекций, Мейтнер присоединилась к Гану – химику, искавшему коллегу-физика.
Гитлер вынудил их прервать партнерство, которому сначала препятствовали факультетские правила, враждебные к женщинам. Мейтнер разрешили ставить эксперименты с радиоактивными материалами в химическом институте, где работал Ган, но только в сыром полуподвальном помещении, бывшей столярной мастерской с отдельным входом (а чтобы воспользоваться удобствами, приходилось идти в отель на той же улице).
Мейтнер нужно было войти в курс дела в области радиохимии, что оказалось затруднительно, поскольку почти все происходило наверху, но она добилась своей цели. В первый год совместной работы Мейтнер и Ган опубликовали три статьи по радиохимии. В 1908 г., благодаря принятому в Пруссии разрешению для женщин входить в здания университетов, Мейтнер наконец позволили появляться в главном здании.
Сначала Мейтнер робела, но ее уверенность в себе росла вместе с уровнем ее работ. В 1912 г. Планк предложил ей стать его ассистентом в университете, и Ган с Мейтнер перебрались в новый Химический институт кайзера Вильгельма. К 1917 г. Мейтнер уже возглавляла там факультет радиофизики.
В годы Первой мировой войны и она, и Ган работали для фронта: Лиза стала медсестрой-рентгенологом в госпитале австрийской армии, а Отто исследовал отравляющий газ. В перерывах между служебными обязанностями они «гонялись» за элементом, обнаруженным в урановой руде, из которой уже был получен актиний. Ган отвечал за химические процессы, Мейтнер ставила эксперименты, и в 1917 г. они «поймали» редкоземельный элемент и назвали его протактинием.
После этого открытия и завершения Первой мировой войны Ган и Мейтнер остались друзьями, но в исследованиях разошлись. С открытием радиоактивности (1896 г.) и деления атомного ядра (1917 г.) физика превратилась в огромное непаханое поле. Мейтнер вдруг оказалась деятелем золотого века этой науки. Химия, специализация Гана, не испытала подобного подъема.