Quando Marie Curie conheceu Pierre escreveu no seu diário:
"Fiquei impressionado com o seu olhar claro e a sua atitude de abandono. "
Uma amizade sincera baseada em estudo e pesquisa científica nasceu entre os dois. Pierre encontrou em Marie uma mulher tão apaixonada como ele, apenas pela ciência. Quando ele a pediu em casamento, Pierre escreveu-lhe:
"Seria bom passarmos a nossa existência juntos, hipnotizados pelos nossos sonhos. "
E assim fizeram. Em 1895 eles se casaram e dois anos depois nasceu a sua primeira filha, Irène.
Tendo de escolher um tópico para a minha tese de doutorado, ela foi afetada por duas descobertas muito recentes: raios-X e raios emitidos pelos minerais de urânio, chamados "urânicos". Ela decidiu estudar este último com o seu marido Pierre, que ficou cativado pelo entusiasmo demonstrado por Marie. Eles então começaram a medir a radiação de urânio através de um eletrômetro piezoelétrico, inventado por Pierre em colaboração com seu irmão. Foi Marie quem sugeriu o termo radioatividade para indicar a capacidade do urânio para produzir radiação. Através de vários experimentos, ele observou que, recolhendo algumas amostras de minerais de urânio, incluindo pechblenda, a radioatividade era maior em comparação com amostras de urânio puro. Isto significava que estes minerais tinham elementos indetectáveis na análise química normal e eram muito radioativos.
Em 1898, depois de examinarem grandes quantidades de pechblenda em grande detalhe, eles conseguiram isolar uma pequena quantidade de um novo elemento que tinha características químicas similares ao bismuto, mas (cerca de) 330 vezes mais radioativo. Eles renomearam-no Polônio, como um tributo à pátria de Maria.
Mais tarde, um segundo elemento chamado rádio foi descoberto (a partir do rádio latino, raio). Para dar uma ideia da toupeira de trabalho, basta pensar que levou três anos para isolar um décimo de grama de cloreto de rádio puro. No entanto, os cônjuges Curie não patentearam o procedimento de extração de rádio, convencidos de que os cientistas não deveriam obter benefícios econômicos do seu trabalho e, acima de tudo, porque acreditavam que o rádio não poderia ter aplicações práticas (hoje, em vez disso, o cloreto de rádio é usado na medicina para o tratamento de anti alguns tipos de câncer). Apesar de suas descobertas sensacionais, ambos não tinham cargos oficiais nem salários adequados para sustentar sua família ou fundos para suas pesquisas. Somente graças à intervenção de Henry Poincaré, um dos maiores físicos teóricos do nosso tempo, Pierre conseguiu uma cadeira na Sorbonne.
Em 1903 houve a consagração final: Pierre e Marie Curie ganharam o Prêmio Nobel de Física, estabelecido apenas dois anos antes, por "suas pesquisas conjuntas sobre fenômenos radioativos". Marie foi a primeira mulher a ganhar tal reconhecimento e permaneceu a única numa disciplina científica até 1935, quando foi atribuída à sua filha Irène. No auge da notoriedade, em 1905, Marie teve a sua segunda véspera. Infelizmente, em 19 de abril de 1906, Pierre, ao atravessar a estrada, foi atropelado por uma carroça puxada por cavalos e foi morto no tiro. Marie regressou ao trabalho apenas três dias após o incidente, rejeitando categoricamente uma pensão que o Estado francês lhe colocou à disposição. Em vez disso, ela não recusou a oferta de substituir Pierre alla Sorbonne, tornando-se a primeira mulher a ensinar na prestigiada Universidade de Paris. Ele tentou honrar a memória de seu falecido marido criando um laboratório de pesquisa que tomou forma em 1909 sob o nome de Istituto Del Radio (hoje Istituto Curie). Em 1911 Marie escreveu história ao ganhar o seu segundo Prémio Nobel, desta vez de Química pelos "seus serviços para o avanço da química através da descoberta do rádio e do polónio", tornando-a a primeira mulher a receber o Prémio Nobel, a primeira pessoa a ser premiada duas vezes e a única um para rever o prémio em dois campos científicos diferentes.
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