In der Kaiser-Franz-Joseph-Straße 27 (heute Heinestraße 27) in Wien-Leopoldstadt wächst Elise Meitner als dritte Tochter des jüdischen Rechtsanwaltes Dr. Philipp Meitner und Hedwig Meitner-Skovran, erzogen nach evangelischem Glauben. Sie geht in eine Bürgerschule – Mädchen sind an den Gymnasien noch nicht zugelassen. Nach dem Lehrerinnen-Examen und nach Bestehen der Matura, auf die sie sich im Selbststudium vorbereitet hatte, studiert sie Physik, Mathematik und Philosophie an der Universität Wien (u.a. bei Ludwig Boltzmann), beschäftigt sich mit Fragestellungen der Radioaktivität, promoviert 1906 als zweite Frau an der Wiener Universität im Hauptfach Physik. Nach einer erfolglosen Bewerbung bei Marie Curie in Paris arbeitet sie am Institut für Theoretische Physik in Wien. 

1907 geht Dr. Meitner nach Berlin in Vorlesungen von Max Planck, trifft dort den Chemiker Otto Hahn, mit dem sie die folgenden 30 Jahre zusammenarbeiten sollte. Da in Preußen Frauen noch nicht studieren dürfen, muss sie das Gebäude immer durch den Hintereingang ­betreten, und weil sie als Frau die Experimentierräume der Studenten nicht betreten darf, forscht sie als »unbezahlter Gast« mit Hahn bis zur Aufhebung des Verbots (1909) in einer ehemaligen »Holzwerkstatt« im Souterrain des Chemischen Instituts der Berliner Universität an Fragen der Radioaktivität. 1912 bis 1915 ist Meitner Assistentin von Max Planck. 1914 wird sie aufgenommen als das erste weibliche Wissenschaftliche Mitglied der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft für Chemie, wo sie die physikalisch-radioaktive Abteilung bis 1938 sollte. Im Ersten Weltkrieg Kriegsdienst macht sie sich auch als Röntgenschwester an der österreichischen Front nützlich. 

»Herzlich liebe ich die Physik! Es ist so eine Art persönlicher Liebe, wie gegen einen Menschen, dem man sehr viel verdankt.«, schreibt sie 1915 in einem Brief. 1917 entdecken Meitner und Hahn das Element Protactinium und sie habilitiert 1922 als erste Physikerin Preußens an der Berliner Universität. 1933 wird der Professorin für Kernphysik »als gebürtige Jüdin« die Lehrbefugnis entzogen. Zwischen 1935 und 1938 macht sie noch Strahlungsversuche mit Otto Hahn und F. Straßmann, bevor sie nach Stockholm emigriert und dort ans Nobel-Institut geht. 1939 interpretiert sie mit ihrem Neffen, dem Physiker Otto Robert Frisch, die Resultate der Versuche mit Hahn und Straßmann, berechnet die bei der Uranspaltung auftretende Energie und führt die Bezeichnung »Kernspaltung« ein (für deren Entdeckung Otto Hahn 1946 allein den Nobelpreis für Chemie erhält). Von den USA mehrmals dazu aufgefordert, weigert sich die überzeugte Pazifistin, ­Forschungsaufträge für den Bau einer Atombombe anzunehmen und bleibt während der Zweiten Weltkriegs in Schweden, wo sie ab 1946 die Kernphysikalische Abteilung des Physikalischen Instituts der Technischen Hochschule Stockholm leitet und 1948 die schwedische Staatsbürgerschaft an, ohne die österreichische aufzugeben. 

Insgesamt dreimal für den Nobelpreis nominiert, erhält Liese Meitner u.a. 1955 den ersten »Otto-Hahn-Preis für Chemie und Physik« und 1957 die »Friedensklasse des Ordens Pour-le-Mérite«. 1959 wird in Berlin in ihrer Anwesenheit das »Hahn-Meitner-Institut für ­Kernforschung« eingeweiht. 1960 siedelt sie zu ihrem Neffen Otto Robert Frisch nach Cambridge. Bis zu ihrem Tod mit 89 Jahren macht sich Lise Meitner für eine friedliche Nutzung der Kernspaltung stark. Seit 1997 gibt es ein kurzlebiges radioaktives Metall (Halbwertszeit 3,4 Millisekunden) namens Meitnerium.