Cecilia Payne soutient en 1925 une thèse d’astronomie remarquée – elle sera qualifiée 40 ans plus tard de « plus brillante thèse de doctorat d’astronomie jamais écrite » – et, loin du consensus scientifique de l’époque, est une des premières astronomes à envisager que les étoiles soient composées d’hydrogène.
En 1956, elle sera la première femme nommée cheffe du département d’astronomie de Harvard.