Sau một vài năm làm việc trong ngành bảo hiểm, Inge trở thành trợ lý của nhà trắc địa Niels Erik Nørlund, giao nhiệm vụ thiết lập đài quan sát địa chấn ở Đan Mạch và Greenland cho bà. Bà bắt đầu quan tâm tới địa chấn học trở lại trong thời gian này. Năm 1928, bà vượt qua bài thi trắc địa và trở thành một nhà trắc địa học và đứng đầu phòng nghiên cứu trắc địa học tại Viện Trâc địa của Đan Mạch, dưới sự chỉ đạo của Nørlund.

Trong một bài nghiên cứu có tựa đề P, bà là người đầu tiên nêu ra việc điểm sóng P xuất hiện trong bóng sóng P của lõi Trái Đất sau phản xạ tại lõi trong mà trước đây không thể giải thích. Diễn giải này đã được thông qua bởi các nhà địa chấn học hàng đầu thời bấy giờ, như Beno Gutenberg, Charles Richter, và Harold Jeffreys. Chiến tranh thế giới lần II và việc quân đội Đức chiếm đóng Đan Mạch gây cản trở tới việc nghiên cứu và thu thập dữ liệu trên thế giới của bà trong những năm sau đó.

Trong những năm cuối cùng cho tới khi bà nghỉ hưu năm 1953, quan hệ giữa bà và các thành viên khác trong Viện Trắc địa trở lên tồi tệ, một phần có lẽ vì bà không kiên nhẫn với những đồng nghiệp cấp dưới. Sau năm 1953, Inge Lehmann chuyển tới Mỹ trong vài năm và hợp tác với Maurice Ewing và Frank Press tìm hiểu lớp vỏ và lớp phủ trên của Trái Đất. Trong dự án này, bà phát hiện ra gián đoạn địa chấn khác, nằm tại độ sâu từ 190 tới 250 km và được đặt tên là "điểm gián đoạn Lehmann" để vinh danh việc phát hiện của bà. Francis Birch nhấn mạnh rằng "Điểm gián đoạn Lehmann được phát hiện khi xem xét các hồ sơ địa chấn mà không một máy tính nào có thể tính chính xác ra..."

Bà đi tới nhiều nơi, bao gồm Canada, Hoa Kỳ, và châu Âu để nghiên cứu về Trái Đất trước khi mất năm 1993.