Déménagement à Paris, Pierre Curie et premier prix Nobel
En 1891, Skłodowska se rend à Paris et, utilisant désormais le nom de Marie, commence à suivre les cours de Paul Appel, Gabriel Lippmann et Edmond Bouty à la Sorbonne. Elle y rencontre des physiciens déjà connus : Jean Perrin, Charles Maurain et Aimé Cotton. Skłodowska travaille jusque tard dans la nuit dans sa mansarde d’étudiante et vit pratiquement de pain, de beurre et de thé. Elle est arrivée première à la licence de sciences physiques en 1893. Elle commence à travailler dans le laboratoire de recherche de Lippmann et en 1894, elle est classée deuxième dans la licence de sciences mathématiques. C’est au printemps de cette année-là qu’elle rencontre Pierre Curie.
Leur mariage (25 juillet 1895) marque le début d’une association qui va bientôt aboutir à des résultats d’importance mondiale, notamment la découverte du polonium (appelé ainsi par Marie en l’honneur de son pays natal) à l’été 1898 et celle du radium quelques mois plus tard. Suite à la découverte par Henri Becquerel (1896) d’un nouveau phénomène (qu’elle appellera plus tard « radioactivité »), Marie Curie, à la recherche d’un sujet de thèse, décide de savoir si la propriété découverte dans l’uranium se retrouve dans d’autres matières. Elle découvrit que c’était vrai pour le thorium en même temps que G.C. Schmidt.
Tournant son attention vers les minéraux, elle se trouve attirée par la pechblende, un minéral dont l’activité, supérieure à celle de l’uranium pur, ne peut s’expliquer que par la présence dans le minerai de petites quantités d’une substance inconnue de très haute activité. Pierre Curie la rejoint alors dans les travaux qu’elle a entrepris pour résoudre ce problème et qui aboutissent à la découverte des nouveaux éléments, le polonium et le radium. Alors que Pierre Curie se consacre principalement à l’étude physique des nouveaux rayonnements, Marie Curie s’efforce d’obtenir du radium pur à l’état métallique, avec l’aide du chimiste André-Louis Debierne, élève de Pierre Curie. Grâce aux résultats de ces recherches, Marie Curie obtient son doctorat ès sciences en juin 1903 et reçoit, avec Pierre, la médaille Davy de la Royal Society. Toujours en 1903, ils partagent avec Becquerel le prix Nobel de physique pour la découverte de la radioactivité.
La naissance de ses deux filles, Irène et Ève, en 1897 et 1904, n’interrompt pas l’intense travail scientifique de Marie. Elle est nommée maître de conférences en physique à l’École normale supérieure de jeunes filles de Sèvres (1900) et y introduit une méthode d’enseignement basée sur des démonstrations expérimentales. En décembre 1904, elle est nommée assistante en chef du laboratoire dirigé par Pierre Curie.
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