Etter hvert startet Bonnevie med arvelighetsundersøkelser hos mennesker. I 1916 var hun med på å opprette Institutt for arvelighetsforskning, hvor hun var bestyrer fram til hun gikk av med pensjon i 1937. I sine studier var Bonnevie særlig opptatt av inngifte i isolater, forekomsten av tvillinger og anlegg for en ekstra finger eller tå i norske familier.

Hennes studier av fingeravtrykkenes utvikling og genetikk er verdenskjente, og hennes sammenlignende studier av visse misdannelser hos mus og menneske har blant annet ført til betegnelsen Bonnevie–Ullrich-syndrom for en sykdomstilstand hos mennesket.

Internasjonalt var hun anerkjent, og deltok i flere delegasjoner og komiteer, blant annet i Folkeforbundet i Geneve og komiteen for intellektuelt samarbeid, der også Albert Einstein var med. Einstein og Bonnevie samarbeidet og møttes flere ganger, blant annet under naturforskermøtet i Gøteborg i 1923.

Artikkelen fra Aftenposten 26.1.1925 forteller om da Kristine Bonnevie reiste til Paris for å møte Einstein og madame Curie i komiteen for intellektuelt samarbeid.

Tre professorer ombord på S/S Skagerak under naturforskermøtet i Göteborg 1923: Kristine Bonnevie, Albert Einstein og V.W. Ekman. Fotograf: Tor Bergeson. Fotografiet er i privat eie.