1894 yılında Polonyalı bir biliminsanı aracılığıyla,[1] kardeşi Jacques ile piezoelektriği keşfeden Pierre Curie ile tanıştı. 35 yaşındaki Pierre Curie, Endüstriyel Fizik ve Kimya Okulu laboratuvarının başkanıydı. Maria ve Pierre, ortak bilimsel ilgilerinin de katkısıyla birbirlerine bağlanıp, Temmuz 1895'te evlendiler. Bu tarihten itibaren Maria Skłodowska yerine Marie Curie adını aldı.[1][2]
1896 yılında öğretmenlik diplomasını aldıktan sonra 1897'de, daha önce Henri Becquerel (okunuşu: Bekerel)'in duyurduğu, uranyum tuzlarının yaydığı, sonraları radyoaktivite olarak adlandırılacak ışın üzerine detaylı araştırmalara başladı. Fakat Eylül 1897'de ilk kızı Irene'in dünyaya gelmesi, çalışmalarına ara vermesine sebep oldu. 1898 başlarında çalışmalarına hız veren Marie toryumun da bu ışınları yaydığını fark etti. Bu noktada eşi Pierre de kendi çalışmalarını bırakarak Marie'ye yardım etmeye başladı.[2]
Bu arada Becquerel, iki farklı uranyum mineralinin daha aktif olduğunu keşfetti.
Temmuz 1898'de Curie'ler yeni radyoaktif bir element olan ve uranyumun radyoaktif bozunmasından ortaya çıkan polonyumu bulduklarını duyurdular. (İsmini Marie'nin vatanı Polonya'dan esinlenerek koydular).[2] Eylül 1898'de Fransız kimyacı Eugene Demarchay'ın spektroskopi yöntemi ile tanımlanmasına yardım ettiği, doğal radyoaktif element radyumu duyurdular.
Marie, 1903 yılında doktorasını vererek Fransa'da gelişmiş bilim alanında doktora unvanı alan ilk kadın oldu. Aynı yıl radyoaktivite konusundaki araştırmalarından dolayı, kocası ve Becquerel ile paylaştığı Nobel Fizik Ödülü'nü alarak, tarihte Nobel Ödülü alan ilk kadın oldu.[2]
1904 yılında eşi Pierre Sorbonne'da öğretmenliğe başladı. Marie de Sevr'deki bir kızlar okulunda fizik öğretmenliği yapmaya başladı. Aynı yılın sonlarına doğru ikinci kızları Eve doğdu. O sıralar Marie ve Pierre,radyasyondan kaynaklanan rahatsızlıklar geçirmeye başladılar.[2] Radyumun dokuya verdiği zarar, araştırmacılar tarafından kabul edilmeye başlanmıştı. Aynı zamanda, radyumun etkisinin kötü dokulara uygulanarak tedavide kullanılabileceği fikri de doğmaya başlamıştı. Amerikalı mucit Alexander Graham Bell, kanserin tedavisi için tümöre radyum verilmesini önermişti.[kaynak belirtilmeli]
19 Nisan 1906'da Pierre Curie bir at arabasının çarpması sonucu öldü. İki çocuğu ile dul kalan Marie, kocasının Sorbonne'daki öğretmenlik görevini sürdürdü ve 1908'de Sorbonne'daki ilk kadın profesör oldu.[1][2]
