سافرت سميرة موسى إلى بريطانيا لتكمل دراستها، حيث حصلت على درجة الماجستير في العلوم من جامعة لندن في عام 1942، ثم حصلت على درجة الدكتوراه في الأشعة السينية والإشعاع الذري وتأثيرهما على المواد المختلفة من جامعة برمنغهام في عام 1945. وكانت أول امرأة عربية تحصل على درجة الدكتوراه في هذا المجال.
وقد سافرت سميرة موسى إلى بريطانيا ببعثة حكومية، حيث كانت مصر آنذاك تدعم تعليم المرأة وتوفير الفرص لها للدراسة في الخارج. وقد ساعدها في ذلك الدكتور مصطفى مشرفة، رئيس قسم الفيزياء بجامعة فؤاد الأول (القاهرة حاليًا)، والذي كان من أبرز علماء الفيزياء في مصر والعالم العربي.
وقد كان لدراسة سميرة موسى في بريطانيا أثر كبير على مسيرتها العلمية، حيث تمكنت من التعرف على أحدث الأبحاث في مجال الفيزياء النووية، كما تمكنت من التواصل مع علماء بارزين في هذا المجال. وقد عادت سميرة موسى إلى مصر بعد حصولها على درجة الدكتوراه، واستمرت في العمل في مجال الفيزياء النووية، حيث ساهمت في تطوير هذا المجال في مصر.
