Vanaf 1934 was Broom werkzaam voor het Transvaal Museum in Pretoria. Veldwerk deed hij in het gebied dat bekendstaat als Wieg van de mensheid met de locaties Sterkfontein, Kromdraai en Swartkrans. Samen met John Robinson ontdekte hij bij Sterkfontein een schedel van 2,5 miljoen jaar oud van een mensachtige. De schedel werd toegeschreven aan Plesianthropus transvaalensis en het kreeg de bijnaam "Mevrouw Ples". Inmiddels blijkt de schedel te behoren aan Australopithecus africanus en betreft het bovendien vermoedelijk een man.