1898年法国物理学家贝可勒尔（AntoineHenriBecquerel）发现含铀矿物能放射出一种神秘射线,但未能揭示出这种射线的奥秘.玛丽和她的丈夫彼埃尔·居里（Pierrecurie）共同承担了研究这种射线的工作.他们在极其困难的条件下,对沥青铀矿进行分离和分析,终于在1898年7月和12月先后发现两种新元素.
1906年,彼埃尔·居里遭车祸去世.这一沉重的打击并没有使玛丽放弃执著的追求,她强忍悲痛加倍努力地去完成他们挚爱的科学事业.她在巴黎大学将丈夫所开的讲座继续下去,成为该校第一位女教授.1910年,她的名著《论放射性》一书出版.同年,她与别人合作分析纯金属镭,并测出它的性质.她还测定了氧及其他元素的半衰期,发表了一系列关于放射性的重要论著.鉴于上述重大成就,1911年她叉获得了诺贝尔化学奖,成为历史上第一位两次获得诺贝尔奖的伟大科学家.