Le Professeur Mathé a consacré l’essentiel de sa vie professionnelle à effectuer des recherches pour traiter le cancer. Les thèmes dominants de ses travaux concernent à la fois l’oncologie et la transplantation dont l’importance a progressé régulièrement au cours du dernier tiers du XXe siècle.

C’est en 1958 que pour la première fois il eût la preuve de l’effet anti-leucémique de la greffe de moelle osseuse allogénique sur une souris atteinte de leucémie.

On ne connaissait pas à l’époque la réaction du corps humain à une greffe de moelle osseuse. C’est en Octobre-Novembre 1958 que le Professeur Mathé eût l’occasion de tester ce risque. Des chercheurs avaient été exposés aux radiations d’un réacteur nucléaire en Yougoslavie. Ceux qui avaient été le plus fortement exposés moururent rapidement tandis que ceux qui avaient reçu l’exposition la plus faible réussirent à guérir. Quatre d’entre eux furent sauvés par le Professeur Mathé à la faveur d’une greffe de moelle osseuse provenant de donateurs non homologues (sans aucun lien de parenté avec les patients).
Les cellules des donneurs se sont greffées suffisamment longtemps pour permettre la reconstitution de la moelle osseuse d’origine sans effet GVH (réaction de lymphocytes du greffon contre les cellules normales du receveur).

Ce qu’a apporté la découverte :
La greffe de moelle osseuse chez les savants yougoslaves a permis de connaître la dose d’irradiation à laquelle l’application laisse au receveur la possibilité de survie. Elle a indiqué la dose qui ne laisse survivre que si son effet est annulé par cette greffe. L’irradiation corporelle totale à une dose que Georges Mathé et les physiciens ont pu calculer en simulant les conditions de l’accident a permis de définir une dose qui à la fois n’est pas léthale pour l’individu mais en même temps présente un effet immunosuppresseur suffisamment important pour permettre la prise de greffe allogénique. C’est ce qui permit au début des années 60, pour la première fois dans le monde, de réussir des greffes de rein allogéniques (donneurs non identiques). Cette avancée majeure fut le fruit d’une collaboration avec les Professeur René Küss, chirurgien urologue et Michel Legrain, néphrologue.

C’est en 1963 que le British Medical Journal se fit l’écho d’une autre découverte scientifique du Professeur Mathé. Le comité écrivit à l’époque « première greffe » durable dans l’histoire de la médecine de greffe de moelle osseuse sur un patient ayant subi une irradiation totale et mortelle. Le patient vécut 20 mois sans récidive puis mourut, probablement des effets secondaires du GVH.

Après 1970, Le Professeur Mathé porta son attention sur l’immunothérapie du cancer par des moyens autres que la moelle osseuse.
Avec le temps on se rend compte de l’importance du rôle pionnier qu’ont joué ses recherches dans les techniques de greffes. Ce rôle a été reconnu de maintes façons notamment en 1994 par le prix Léopold Griffuel, prix français le plus prestigieux dans le domaine de la cancérologie, et en 2002, par le prix Medawar.

En 2002, le Prix Medawar, une des plus hautes distinctions de la Médecine et de la Biologie scientifique, a été décerné au Professeur Georges Mathé.

Le Pr Mathé a reçu la Grande Médaille de l'Académie nationale de médecine le 14 décembre 2004 lors de sa séance solennelle.