În timp ce studia un mineral de uraniu, cunoscut sub numele de pitchblende, ea a remarcat că a fost de patru ori mai radioactivă decât uraniul în sine. Din aceasta, ea a emis ipoteza că mineralele conțin alte substanțe radioactive decât uraniul. Aceasta a început o căutare de către Curie a altor substanțe care au emis aceste raze. În timpul acestei căutări, Marie împreună cu soțul ei, Pierre, au descoperit două elemente noi, Polonium și Radium. Polonium a fost descoperită în 1898 și ea a numit-o după țara sa de origine, Polonia. În acel moment, Polonia nu era o țară independentă, ea spera că numirea elementului ar putea contribui la atragerea atenției asupra situației dificile a țării sale de origine. Cinci luni mai târziu au descoperit un alt element pe care l-au numit radium. În cursul acestei cercetări, ei au inventat termenul de radioactivitate.
