Zij overleed op 51-jarige leeftijd aan een hersentumor.
Naast haar wetenschappelijke activiteiten was De Martelaere bekend als auteur van romans en essays. Ze debuteerde reeds op veertienjarige leeftijd met een jeugdroman, Koning der Wildernis. Haar prozadebuut voor volwassenen, de novelle Nachtboek van een Slapeloze werd in België in 1988 onderscheiden met de Prijs voor het Beste Debuut. In 2005 werd haar roman Het onverwachte antwoord genomineerd voor zowel de AKO en Libris Literatuurprijs als De Gouden Uil. Het boek won bij de Gouden Uil de publieksprijs.
De Martelaere was terughoudend met publiciteit en wilde dat haar werk voor zichzelf zou spreken. Ze gaf zelden interviews, maar gaf de voorkeur aan het schrijven van essays en het geven van lezingen om haar ideeën over te brengen.
Haar thematiek was het lucide observeren van de wereld van leven, dood en verandering vanuit een filosofische thematiek. Dit kwam zowel in haar wetenschappelijk als literair werk naar voren. Daarvoor waren metaforen weliswaar nodig. Zij beschreef in een interview deze werkwijze als het “plegen van plagiaat op de werkelijkheid”.
1984 - Hume, de wetenschap en het gewone denken. - proefschrift.
1987 - Hume's "gematigd" scepticisme: futiel of fataal? - Paleis der Academiën, Brussel, 130 p. - proefschrift uitgegeven onder nieuwe titel.
1996 - De voorbeeldige schrijver - Tilburg University Press, 28 p.
1996 - (red.), Het dubieuze denken - Geschiedenis en vormen van wijsgerig scepticisme, Kok Agora/ Pelckmans, Kampen/Kapellen, 231 p.
1998 - Een koude kunst - Studium Generale Maastricht.
1998 - Passies. Tussen extase en discipline - (redactie + eigen bijdrage), uitgeverij Gooi en Sticht, Baarn.
2001 - David Hume - met W. Lemmens, Pelckmans, Kapellen, 192 p.
2001 - Wie is er bang voor de dood? - Valkhof Pers/Titus Brandsma Instituut, Nijmegen, 24 p.
2001 - Hume - (Monografieën), red. P. de Martelaere en W. Lemmens, Pelckmans/Agora, 192 p.
2002 - Wat blijft - Stichting Maand van de Filosofie, 61 p.
2004 - De uitgelezen Hume, Bloemlezing van teksten van Hume met inleiding en commentaar - (redactie, inleiding en toelichting), Lannoo/Tielt en Boom/Amsterdam, 392 p.
2006 - Taoïsme - De weg om niet te volgen - Ambo, Amsterdam, 175 p.
2007 - Wat blijft - Essay, Em.Querido's uitgeverij, Amsterdam-Antwerpen, 67 p.
1971 - Koning der wildernis - jeugdboek, Gakko, 117 p.
1988 - Nachtboek van een slapeloze - De Clauwaert/ den Gulden Engel, 1988, 133 p. (Prijs voor het beste debuut); Querido, 2006
1989 - De schilder en zijn model - Meulenhoff, Amsterdam, 124 p.
1990 - Littekens - Meulenhoff/Kritak, Amsterdam/Leuven, 163 p.
1992 - De staart - Meulenhoff, Amsterdam, 140 p.
1993 - Een verlangen naar ontroostbaarheid, over leven, kunst en dood Essays - Meulenhoff, Amsterdam.
1997 - Verrassingen: Essays - Meulenhoff, Amsterdam, 189 p., Staatsprijs voor essay en kritiek.
2002 - Niets dat zegt - Poëzie, Meulenhoff.
2004 - Het onverwachte antwoord - Meulenhoff, Amsterdam, 2004, 256 p., 2007, 288 p., winnaar Gouden Uil 2005, nominatie voor de Ako en Libris Literatuurprijs.
2009 - Lieve God - co-auteur Jan Lauwereyns, inleiding tot de bijdragen onder de titel Lieve God, Dietsche Warande & Belfort nr.1 februari 2009 154e jaargang, p.11;
2009 - Bestaat U?, bijdrage onder de titel Lieve God, Ibid., p.12 - 17.
Aanmoedigingsprijs provincie Brabant voor de novelle Geen schip aan de horizon, 1974
Prijs voor het beste debuut voor Nachtboek van een slapeloze, 1988
1994 - Jan Greshoffprijs voor Een verlangen naar ontroostbaarheid, 1993
2009 - Beste tijdschriftartikel 2009 voor Bestaat U?, prijs georganiseerd door CelT vzw, koepelorganisatie van de Vlaamse Culturele en literaire Tijdschriften, in samenwerking met Knack.
NCR Literatuurprijs voor Nachtboek van een slapeloze, 1988
