Telkes Mária erősen hitt abban, hogy a napenergia képes helyettesíteni a fosszilis tüzelőanyagokat. Egész pályafutása során részt vett az úttörő szoláris találmányok fejlesztésében.
A második világháború alatt az Egyesült Államok kormánya, figyelembe véve Telkes Mária szakértelmét, beszervezte őt a Tudományos Kutatási és Fejlesztési Hivatal (OSRD) polgári tanácsadójának. Ott 1942-ben kifejlesztett egy napenergiával működő vízsótalanító gépet, elkészítve a prototípust. Ez lett az egyik legfigyelemreméltóbb találmánya, mert segített a katonáknak tiszta vízhez jutni nehéz helyzetekben, és segített megoldani a vízproblémákat az Egyesült Államok Virgin-szigetein. Kezdeti telepítése azonban a háború végéig elhúzódott, mert a Hoyt C. Hottel többször is újratárgyalta gyártási szerződéseit.
Telkes a szoláris hőtárolást jelölte meg a legkritikusabb problémaként, amellyel a működőképes napenergiával fűtött ház tervezői szembesülnek. Az egyik specialitása a fázisváltó anyagok voltak, amelyek elnyelik vagy leadják a hőt, amikor szilárdból folyékonyra változnak. Azt remélte, hogy fázisváltó anyagokat, például olvadt sókat használnak a hőenergia tárolására az aktív fűtési rendszerekben. Az egyik választott anyaga a Glauber-só (nátrium-szulfát) volt.
Hottel, az MIT napenergia-alapjának elnökeként eredetileg Telkes megközelítését támogatta. Azt írta, hogy „Dr. Telkes hozzájárulása nagy változást hozhat projektünk eredményében”. Ugyanakkor Telkeshez képest kevésbé érdekelte és szkeptikusabb volt a napenergia iránt. Telkes, akárcsak a projekt finanszírozója, Godfrey Lowell Cabot, „buzgó híve volt a napenergiának”.
1946-ban a csoport megpróbálta a Glauber-sót felhasználni második napelemes házuk tervezésében. Hottel és mások Telkest hibáztatták az anyaggal kapcsolatos problémákért. Karl Compton egyetemi elnök támogatása ellenére Telkes a kohászati tanszékre került, ahol folytatta a hőelemekkel kapcsolatos munkáját. Bár már nem vett részt az MIT napelemes alapjában, Cabot szerette volna, ha visszatér. Arra biztatta, hogy továbbra is önállóan dolgozzon a problémán.
Telkes 1948-ban kezdett dolgozni a Doveri Napházon. Összeállt Eleanor Raymond építésszel, a projektet Amelia Peabody emberbarát és szobrász finanszírozta. A rendszert úgy tervezték, hogy a Glauber-só megolvadjon a napon, felfogja a hőt, majd kihűl és megkeményedik.
A rendszer úgy működött, hogy az üvegablakon áthaladó napfény felmelegítette az üvegben lévő levegőt. Ez a felmelegített levegő ezután egy fémlemezen keresztül egy másik légtérbe jutott. Innen a ventilátorok egy sóval (nátrium-szulfáttal) töltött tárolórekeszbe szállították a levegőt. Ezek a rekeszek a falak között voltak, és fűtötték a házat, miközben a só lehűlt.
Az első két évben a ház sikeres volt, hatalmas nyilvánosságot kapott és látogatók tömegeit vonzotta. A populáris tudomány tudományos szempontból talán fontosabbnak üdvözölte, mint az atombombát. A harmadik télre problémák adódtak a Glauber-sóval: folyékony és szilárd rétegekre rétegződött, tartályai pedig korrodálódtak és szivárogtak. A tulajdonosok eltávolították házukból a napkollektoros fűtési rendszert, helyette olajkályhát tettek.
1953-ban George Russell Harrison, az MIT tudományos dékánja az MIT napenergia-alapjának felülvizsgálatát kérte, mivel aggodalmak voltak a termelékenység hiányával kapcsolatban. Az így elkészült jelentés inkább Hottel nézeteit hirdette, és mind Cabot, mind Telkest becsmérelte. Telkest a jelentés megjelenése után 1953-ban menesztette az MIT.
1953-tól Telkes a New York-i Egyetem Mérnöki Főiskoláján dolgozott, ahol folytatta a napenergia-kutatást. Telkes 45 000 dolláros támogatást kapott a Ford Alapítványtól egy napenergiával működő sütő kifejlesztésére, hogy a technológiával nem rendelkező emberek világszerte képesek legyenek melegíteni a dolgokat. A projekt két fő kritériuma a következő volt: a sütő hőmérséklete elérje a 175 Celsius-fokot és könnyen használhatónak kell lennie.
Telkes több évet töltött az iparban. Kezdetben a Curtiss-Wright Company napenergiával foglalkozó igazgatója volt. Ezután a Cryo-Thermnél (1961–1963) extrém körülmények között, például űrben használható anyagokon dolgozott. Ez a munka magában foglalta az Apollo-küldetésben és a Polaris rakétákban használható anyagok kifejlesztését. Ezután a Melpar, Inc. napenergiával foglalkozó igazgatójaként dolgozott (1963–1969).
1969-ben Telkes csatlakozott a Delaware Egyetem Energiaátalakítási Intézetéhez. Elkezdte tanulmányozni az elektromos áramot termelő fotovoltaikus cellákat. 1971-ben segített felépíteni az első házat, amely hőt és villamos energiát is termelt a napból.
1981-ben segített az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának kifejleszteni és felépíteni az első teljesen napenergiával működő otthont, a Carlisle House-t a massachusettsi Carlisle-ben.
„Engem a lehetetlennek vélt dolgok érdekelnek. Szeretek olyan dolgokat csinálni, amiről azt mondják, hogy nem lehet megtenni.”
Telkes Mária, 1942
