På 30-tallet gjennomførte Louise flere vitenskapelige ekspedisjoner på østkysten og nordkysten av Grønland. Hun fotograferte, undersøkte og samlet inn hundrevis av botaniske prøver. The American Geographical Society publiserte funnene hennes og bilder fra turene i 1933 og 1935 i en egen bok de kalte «Fjordregionen på Øst-Grønland». Et område ved De Geer-breen ble senere oppkalt etter henne og fikk navnet Louise Boyds land.
Boyd var offisiell fotograf på ekspedisjonene sine og dokumenterte blant annet ismønstre. Hun utviklet sin egen film og oppfant måter å filme på under ekstreme forhold, noe som tillot henne å få vitenskapelige resultater på stedet.
Hun var også banebrytende for bruken av fotogrammetri, som brukes når man tar bilder for å lage modeller eller kart. Hun tegnet også mye underveis, og tegningene hennes viste at hun hadde kunstnerisk talent. Funnene hennes er nyttige den dag i dag, ettersom forskere bruker dem for å analysere de raske endringene som nå skjer i Arktis.
Ekspedisjonene på Grønland og i Arktis ga mersmak, og høsten 1934 ble hun valgt som delegat til den internasjonale Geographical Congress i Warsawa i Polen. Louise kombinerte oppholdet med en tre måneder lang tur gjennom Polen, hvor hun fotograferte og dokumenterte skikkene, klærne, kulturen og de sosioøkonomiske forholdene til folk som bodde der, som hovedsakelig var polakker, ukrainere, folk fra Belarus og Lithuania. Turen gikk med bil, båt og til fots, og da hun kom hjem hadde hun med seg over 500 fotografier som ble publisert av American Geographical Society i 1937.
Da andre verdenskrig brøt ut, var Louise egentlig i ferd med å skrive en bok om reisene hun hadde hatt i 1937 og 1938, men amerikanske myndigheter ba henne utsette arbeidet da reisene hennes og kunnskapene hennes hadde gitt henne viktig informasjon om Arktis og Grønland. Myndighetene mente at kunnskapene hennes kunne være av strategisk interesse, og ba henne i stedet om å lede en geofysisk ekspedisjon langs østkysten av Grønland og videre ned til Labradorhalvøya. Målet for ekspedisjonen var å innhente data om overføring av radiobølger i de arktiske områdene. Ekspedisjonen skulle blant annet undersøkte ionosfæren, geomagnetismen og nordlysene. I juni i 1941seilte Louise Boyd ut fra Washington sammen med fem vitenskapsmenn (inkludert en lege) og et mannskap på elleve. Da de returnerte fem måneder senere, i november 1941, hadde de med seg det som ble beskrevet som «mange verdifulle data».
Resten av krigen arbeidet Louise med flere hemmelige oppdrag for det amerikanske forsvarsdepartementet, og for dette arbeidet ble hun tildelt et «Department of Army Certificate of Appreciation» i 1949. Boken som hun hadde jobbet med før krigen, ble til slutt utgitt i 1948, og fikk tittelen «Kysten av nordøst-Grønland».
Etter krigen fortsatte Louise utrettelig med arbeidet sitt, men hun noterte seg at respekten og honnøren fra sine mannlige kolleger uteble. “Det største handikapet jeg har er å være kvinne, noe som fikk mange til å se på meg som ikke verdige å bli inkludert i den vitenskapelige verden,” sa hun.
Louises siste arktiske eventyr fant sted i 1955, da hun var den første kvinnen som fløy over Nordpolen. Hun uttrykte gleden: ”Nord, Nord, Nord, vi fløy. Så, i et øyeblikks lykke, som jeg aldri vil glemme, fortalte instrumentene våre at vi var der. Rett under oss, lå Nordpolen! ”
Louise mottok flere akademiske utmerkelser for sitt arbeide, og hun ble tildelt æresgrad fra både University of California, Berkley, og fra Mills College. Hun var den første kvinnen som ble valgt inn i styret til American Geography Society, og hun ble gjort til æresmeldem av California Academy of Science.
Louise Arner Boyd døde i San Francisco i september i 1972. På slutten av livet hadde hun gjort flere dårlige investeringer, og hun hadde brukt det meste av formuen sin på å utstyre og betale for de mange ekspedisjonene hun hadde ledet. Til slutt måtte hun selge familiehjemmet og alle møblene sine for å kunne forsørge seg.
Da hun døde, var det siste ønsket hennes at asken skulle spres i polhavet, og det ønsket fikk hun oppfylt.
I dag er Marinhistorisk Museum plassert i barndomshjemmet til Louise Arner Boyd i San Rafael i California. Museet har en permanent utstilling med Louises fotografier, memorabilia og informasjon fra de mange ekspedisjonene hennes.