Su mayor descubrimiento empezaría cuando Marie quiso hacer la tesis de su doctorado.
Tras analizarlo con su marido, ambos decidieron centrarse en los trabajos del físico Henri Becquerel, que había descubierto que las sales de uranio transmitían unos rayos de naturaleza desconocida. Este trabajo estaba relacionado con el reciente descubrimiento de los rayos X por parte del físico Wilhelm Röntgen. Marie Curie se interesó por estos trabajos y, con la ayuda de su esposo, decidió investigar la naturaleza de las radiaciones que producían las sales de uranio.
Junto con Henri Becquerel y Pierre Curie, Marie fue galardonada con el Premio Nobel de Física en 1903.
El 19 de abril de 1906
ocurrió una tragedia: Pierre fue atropellado por un carruaje de seis
toneladas, y murió sin que nada se pudiera hacer por él. Marie quedó muy
afectada, pero quería seguir con sus trabajos y rechazó una pensión
vitalicia. Además asumió la cátedra de su marido, y fue la primera mujer
en dar clases en la universidad en los 650 años transcurridos desde su
fundación.Su última visita a Polonia, en la primavera de 1934, Curie, después de quedarse ciega, murió, el 4 de julio de 1934, en la Clínica Sancellemoz, cerca de Passy (Alta Saboya, Francia), a causa de una anemia aplásica, probablemente debida a las radiaciones a las que estuvo expuesta en sus trabajos, y cuyos nocivos efectos eran aún desconocidos.
