Flytning til Paris, Pierre Curie og den første Nobelpris
© World Science Festival (A Britannica Publishing Partner)Se alle videoer til denne artikel
I 1891 rejste Skłodowska til Paris og begyndte, nu under navnet Marie, at følge Paul Appel, Gabriel Lippmann og Edmond Boutys forelæsninger på Sorbonne. Her mødte hun fysikere, der allerede var kendte – Jean Perrin, Charles Maurain og Aimé Cotton. Skłodowska arbejdede til langt ud på natten i sit kollegieværelse og levede praktisk talt af smørrebrød og te. Hun blev nummer et i licensen i fysiske videnskaber i 1893. Hun begyndte at arbejde i Lippmanns forskningslaboratorium og kom i 1894 på andenpladsen i licensen i matematiske videnskaber. Det var i foråret samme år, at hun mødte Pierre Curie.
Deres ægteskab (25. juli 1895) markerede starten på et partnerskab, der snart skulle nå resultater af verdensomspændende betydning, især opdagelsen af polonium (som Marie kaldte det til ære for sit hjemland) i sommeren 1898 og opdagelsen af radium få måneder senere. Efter Henri Becquerels opdagelse (1896) af et nyt fænomen (som hun senere kaldte “radioaktivitet”) besluttede Marie Curie, der ledte efter et emne til en afhandling, at undersøge, om den egenskab, der var opdaget i uran, også kunne findes i andre stoffer. Hun opdagede, at dette gjaldt for thorium samtidig med G.C. Schmidt.
Da hun vendte sin opmærksomhed mod mineraler, fandt hun sin interesse henledt på pitchblende, et mineral, hvis aktivitet, der var større end ren uran, kun kunne forklares ved, at der i malmen var små mængder af et ukendt stof med meget høj aktivitet. Pierre Curie sluttede sig derefter til hende i det arbejde, som hun havde påtaget sig for at løse dette problem, og som førte til opdagelsen af de nye grundstoffer polonium og radium. Mens Pierre Curie hovedsagelig beskæftigede sig med den fysiske undersøgelse af de nye stråler, kæmpede Marie Curie for at fremskaffe rent radium i metallisk tilstand, hvilket hun opnåede med hjælp fra kemikeren André-Louis Debierne, en af Pierre Curies elever. På baggrund af resultaterne af denne forskning fik Marie Curie sin doktorgrad i naturvidenskab i juni 1903 og blev sammen med Pierre tildelt Davy-medaljen fra Royal Society. Ligeledes i 1903 delte de sammen med Becquerel Nobelprisen i fysik for opdagelsen af radioaktivitet.
Førslen af hendes to døtre, Irène og Ève, i 1897 og 1904, afbrød ikke Maries intensive videnskabelige arbejde. Hun blev udnævnt til lektor i fysik ved École Normale Supérieure for piger i Sèvres (1900) og introducerede der en undervisningsmetode baseret på eksperimentelle demonstrationer. I december 1904 blev hun udnævnt til overassistent i det laboratorium, der blev ledet af Pierre Curie.