Si finanziano gli studi a vicenda: prima Marie lavora come istitutrice nelle famiglie benestanti di Varsavia e mantiene Bronia a Parigi; poi dal 1892 Bronia, divide i suoi primi stipendi di medico con Marie, che si laurea con successo in fisica e matematica. A Parigi, Marie incontra Pierre Curie che nel 1895 diventa suo marito e compagno nella sua ricerca scientifica. Hanno due figlie. Nello studio della radioattività, condotto con mezzi rudimentali e senza aiutanti, scoprono due nuovi elementi chimici, il radio e il polonio. Marie comprende, inoltre, che la radioattività è un fenomeno atomico, distruggendo con questa sua geniale intuizione la convinzione della fisica di allora che l'atomo fosse la più piccola particella di materia. Nel 1903 ottiene il dottorato di ricerca. Poco dopo anche il premio Nobel per la Fisica insieme a Pierre Curie.
