Они влюбились сразу и поженились. Мари переехала в его дом, и они оба начали изучать уран и другие элементы, чтобы решить, были ли они радиоактивны. Они потратили четыре года, чтобы изолировать радиоактивный источник, который она назвала радий. Для этого, они выиграли Нобелевскую премию по физике в 1903 году. В 1906 году ее муж умер в результате несчастного случая и Мари получила должность в Сорбонне.