All'Istituto Superiore di Sanità, i suoi studi si concentrarono su una serie di sostanze attive sul sistema nervoso centrale, anestetici e rilassanti muscolari, come i curari di sintesi e la succinilcolina. Per queste scoperte sui curari e gli antistaminici Daniel Bovet ricevette il Premio Nobel per la medicina e la fisiologia nel 1957. Premio da cui invece Filomena Nitti restò esclusa, nonostante fosse coautrice di questi lavori e buona parte del successo delle scoperte dipendesse proprio dalla precisione, dalla sua esperienza e abilità manuale. A lei furono affidati, per esempio, la messa a punto dell'apparecchio di Warburg a 24 bracci nanometrici, la preparazione del nervo frenico e del diaframma delle cavie di laboratorio (conigli): operazioni cruciali per la scoperta dell'azione miorilassante della succinilcolina, oggi utilizzata in terapia intensiva per l'intubazione tracheale.