Cecilia Payne-Gaposchkin, 1925 yılında tamamladığı doktora teziyle yıldızların içeriğinin büyük miktarlarda hidrojen ve helyumdan oluştuğunu göstermiş ve bu elementlerin göreli bolluklarını hesaplamıştır. Payne-Gaposchkin'in diğer bazı çalışmaları: Değişken yıldızlar üzerine çalışmalar: 1938'de eşiyle birlikte, değişken yıldızları parlaklık desenlerine göre sınıflandıran bir kitap yayınlamıştır. Yüksek parlaklıklı yıldızların incelenmesi: Samanyolu'nun yapısını anlamak için yüksek parlaklıklı yıldızları araştırmıştır. Akademik kariyer: 1956'da Harvard'da ilk kadın profesör ve bölüm başkanı olmuştur. Payne-Gaposchkin, çalışmaları nedeniyle birçok ödül ve onur ödülü almıştır, bunlar arasında Annie J. Cannon Ödülü (1934) ve Henry Norris Russell Ödülü (1976) bulunmaktadır.