Po ukończonych studiach, Gabriel Lippmann pomógł Marii otrzymać stypendium naukowe nad badaniami naukowymi związanymi z magnetycznymi właściwościami różnych rodzajów stali. W tym samym czasie Maria poznała u prof. Józefa Wierusza-Kowalskiego skromnego naukowca – Pierre'a Curie. Był on o osiem lat starszy od Marii, był wspólnie z bratem Jacques'm odkrywcą piezoelektryczności, autorem „prawa Curie” i zasady symetrii, konstruktorem piezokwarcu i „wagi Curie”. Maria i Pierre szybko znaleźli wspólne tematy do rozmów. 26 lipca 1895 roku Maria Skłodowska i Pierre Curie zawarli cywilny związek małżeński bez obrączek i księdza. Podczas ceremonii towarzyszyła im tylko najbliższa rodzina i kilku przyjaciół. W podróż poślubną pojechali na rowerach – prezencie ślubnym od jednego z przyjaciół.
W roku ich ślubu Wilhelm Roentgen odkrył promienie X, a wkrótce potem francuski uczony Antoine Becqueret stwierdził, że podobny rodzaj promieniowania zawierają substancje zawierające uran. Maria Skłodowska-Curie spędziła całe życie na badaniu substancji radioaktywnych i zgłębianiu zjawiska promieniotwórczości. Zbudowała ona przyrząd do pomiaru promieniotwórczości i odkryła, że minerał zwany bledną smolistą (uranit, rudan, z której otrzymuje się uran) jest tysiąckroć bardziej aktywny niż sam uran. Usiłowała, więc dowieść, dlaczego jest aż tak aktywny promieniotwórczo. Maria i Pierze sprowadzili do Paryża z kopalni austriackiej całe tony uranitu. Pracowali bez wytchnienia w nieogrzewanej, zimnej szopie, próbując wydzielić znikomą ilość nieznanego pierwiastka, który nazwali polonem, a następnie wyodrębnili pierwiastek nazwany radem. Za to osiągnięcie otrzymali wspólnie w 1903r.Nagrodę Nobla.