
Alla fine del 1800 la scoperta di nuovi tipi di radiazioni prometteva un settore di ricerca interessante: W.Röntgen aveva scoperto i raggi X e Antoine-Henri Becquerel aveva rilevato radiazioni invisibili, simili ai raggi X, emesse dall'uranio. Marie e suo marito Pierre si concentrarono sullo studio di questo tipo di radiazione. Nel luglio 1898 scoprirono un nuovo elemento chimico che chiamarono Polonio dal nome del paese di origine di Marie. Dopo aver isolato un’altro elemento chimico il radio Mariene studiò le proprietà e fu lei stessa a coniare il termine "radioattivo" per indicare elementi instabili, il cui nucleo decadeva con emissione di radiazione. Questa scienziata fu la prima a capire che la radioattività era un fenomeno atomico, in contrasto con l’opinione comune che l'atomo fosse la più piccola particella di materia. Con questa intuizione possiamo dire che iniziò l’era della fisica atomica. Dopo la morte del marito avvenuta a seguito di un incidente e dopo ulteriori importanti pubblicazioni la Curie con la figlia Irène, durante la prima guerra mondiale s’impegnò al fronte, assistendo i feriti e approntando le cosiddette "Petit Curie", in pratica automobili attrezzate con apparecchiature a raggi X. Dopo la guerra, la scienziata divenne capo dell’Institut du Radium di Parigi e partecipò alla fondazione dell'Istituto Curie.
La scienziata diresse questo istituto fino al 1932, quando le subentrò la figlia maggiore, Irène Joliot-Curie che vinse anch'essa un premio Nobel per la chimica nel 1935 l'anno successivo la morte della madre. (L’Institut Curie esiste ancora oggi ed è un'importante istituzione scientifica per la ricerca sul cancro). E’ una delle poche donne per le quali sia stata coniata una moneta, una delle circa 30 donne premiate con il Nobel e oltre a lei soltanto Linus Pauling, unica eccezione, ha ricevuto due premi Nobel in due campi differenti.