Continuó en la Universidad por dos años más como estudiante posdoctoral en matemáticas, donde fue supervisada por E. T. Whittaker .
[1] En 1924 viajó a los Estados Unidos con la ayuda de una beca para graduados británicos y una beca Carnegie para asistir a Bryn Mawr College , Pennsylvania, donde obtuvo un doctorado bajo la supervisión de Anna Johnson Pell Wheeler .
Mientras trabajaba allí, descubrió un inusual grafo semisimétrico cúbico, un grafo con 54 vértices, que representa los 27 puntos y 27 líneas en una cuadrícula tridimensional de 3 × 3 × 3, con un borde para cada par de un puntos y una línea que los une entre sí.
Pensando que era un descubrimiento teórico sin aplicación práctica, Gray no publicó sus hallazgos.
[4] En 1934, Gray se unió a Bell Telephone Laboratories y permaneció con la compañía por otros 30 años hasta su jubilación.