Escribió su tesis, titulada "Sobre figuras eléctricas en diferentes materiales, especialmente en cristales" bajo la dirección de Karl Przibram.
[4] Karamichailova continuó después su trabajo en el Instituto para Estudios de Radio, interesándose especialmente por la radioluminiscencia.
Cooperó con Marietta Blau en el estudio del polonio, y más tarde investigó métodos para bombardeo de neutrones en torio.
[6] En 1931, Karamijailova y Marietta Blau observaron un tipo específico de radiación previamente desconocida emitida por el polonio, que más tarde sería confirmada por James Chadwick como radiación de neutrones, lo que le llevó a descubrir los neutrones.
Karamijailova logró extender su beca por 10 meses, y finalmente regresó a Bulgaria en 1939, donde fue nombrada docente de Atomística Experimental con Radioactividad en la SU.
Karamijailova utilizó placas fotográficas para continuar su trabajo en este campo, en el que había colaborado con Marietta Blau.
Intentó continuar el estudio de la ionización múltiple, pero resultó imposible sin el sofisticado equipo al que tuvo acceso durante su estancia en Inglaterra.