Cecilia Payne-Gaposchkin je zadužena za jedno od najznačajnijih otkrića u istoriji astrofizike. Njeno istraživanje, na osnovu teorije indijskog fizičara Meghnada Sahe, otkrilo je da su zvezde sastavljene prvenstveno od vodonika, što je bilo u suprotnosti sa tadašnjim verovanjem da su zvezde slične zemlji po sastavu. Nakon što je prisustvovala predavanju Sir Arthura Eddingtona, njena strast ka astronomiji je procvetala, napustila je botaniku i potpuno se posvetila fizičkim naukama. Svoje studije je nastavila na Harvardu, gde je, uprkos mnogim preprekama, uspela da dokaže svoje teze koristeći Sahinu jednačinu jonizacije.
Njen rad je isprva bio odbijen od strane naučne zajednice, ali nakon ponovljenih nezavisnih opažanja, njeni nalazi su dobili priznanje koje zaslužuju. Payne-Gaposchkin je pokazala da su vodonik i helijum daleko najzastupljeniji elementi u zvezdama, čime je direktno doprinela našem razumevanju nuklearne fuzije kao izvora energije u zvezdama. Iako je njena karijera bila puna izazova, njena upornost i posvećenost doveli su do priznanja njenih revolucionarnih dela u svetu astrofizike. Danas je njena teza priznate kao jedno od ključnih otkrića koje je bitno proširilo naše znanje o kosmosu.
