El trabajo más importante de Katharine Blodgett estuvo relacionado con las películas moleculares ultradelgadas desarrolladas a partir de las investigaciones de Irving Langmuir. Utilizando técnicas avanzadas para organizar moléculas sobre superficies líquidas, perfeccionó la producción de las llamadas películas Langmuir-Blodgett, capas extremadamente finas de material que podían depositarse de manera controlada sobre vidrio y otros sólidos. Estas investigaciones involucraban fenómenos de adsorción, tensión superficial, interacciones moleculares, interfaces líquido-gas, películas monomoleculares, propiedades ópticas y comportamiento de materiales a escala microscópica. Gracias a este trabajo fue posible fabricar superficies con características físicas muy precisas.
Uno de sus logros más famosos fue el desarrollo del primer vidrio prácticamente no reflectante, una aplicación basada en la interferencia de la luz sobre capas extremadamente delgadas. Este avance tuvo importantes aplicaciones en óptica, lentes, instrumentos científicos, microscopios, telescopios, cámaras fotográficas y dispositivos tecnológicos modernos. Además de sus aportes industriales, Katharine Blodgett abrió camino para la participación de las mujeres en la investigación científica de alto nivel. Falleció en 1979, dejando un legado fundamental en la química de superficies, la ciencia de materiales y la tecnología óptica moderna.