En 1925 presentó su tesis doctoral: Stellar Atmospheres: a contribution to the observational study of high temperature in the reversing layes of the stars, según los astrónomos Otto Struve y Velta Zeberg, “la mejor tesis de astronomía de la Historia”. Cecilia fue la primera persona que consiguió un doctorado en la Radcliffe University, parte de la Harvard University. Aquel trabajo fue una auténtica revolución dentro de la astronomía.