据说，在贝克勒耳之前，已经有人发现了这种怪现像。有一位科研人员把沥青铀矿石和包好的照相底片搁在一起，底片因曝光而作废了。但是，这个人只得出了一个“常识性”的结论：不能把照相底片同沥青铀矿石放在一起。这个结论虽然是对的，也有实用价值；可是由于他缺乏一种刨根究底的钻研精神，没有把原因搞清楚，以至白白地放过了完成一项重大发现的机会。粗心的人是难有重要发现的，伟大的机会到来时，常常被擦肩而过。因此，科学上想要有成就，必须首先养成善于细心观察事物的习惯和本领。近代微生物学奠基人巴斯德说过一句话：“在观察的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”这话说得很有道理。天然放射性的发现揭示了一个非常重要的问题。在自然界中有某些元素能自发地放出射线来，可是这些元素又都是由某种原子构成的，这不就说明了原子本身还会发生某种变化吗？这种变化深刻地意味着原子还有结构，原子还隐藏着秘密。所以说，这项发现从根本上动摇了在这以前那种认为原子是不可分割的陈旧观念。从此，人类跨入了进一步了解原子的大门。
天然放射性的发现被誉为原子科学发展的第一个重大发现。
在世纪之交的19世纪末期，科学上是个令人迷惘的时期，面对如此重大的发现，有的科学家想不通，例如，当时很有名望的科学家洛伦兹就企图把这些崭新的实验事实纳入旧理论的框框，从旧的原子学说中寻找答案，这当然是不行的，不会取得任何成就的。于是，在这些客观事实面前，他们苦恼和彷徨，甚至对科学丧失信心，哀叹物理学发生了“危机”，“科学破产”了。他本人曾绝望地说：“在今天，人们提出了与昨天所说的话完全相反的主张；在这样的时期，真理已经没有标准，也不知道科学是什么了。我很悔恨，我没有在这些矛盾出现的五年前死去”。个别科学家甚至因此而走上了自杀的道路。而后来的事实发展充分证明，正是这些划时代的发现，点燃了新世纪的火炬。
电子存在的判定
汤姆生与其他青年物理学家一起，研究为什么气体在X射线照射下会变成电的导体。据汤姆生的推测：这种导电性，可能是由于在X射线的作用下，产生了某种带正电的和带负电的微粒所引起的。他甚至认为：这些带电的微粒可能就是想像中原子的一部分。这种想法，在当时不能接受，世界上哪有比原子更小的东西呢？
为了搞清楚在通电玻璃管内从阴极发出的射线可能就是由那些连续发射的粒子所组成的。汤姆生想称量出这些粒子的重量。可是怎么去称量那么小的粒子呢？
汤姆生利用电场和磁场来测量这种带电粒子流的偏转程度，以推测粒子的重量。他说，粒子愈重，愈不易被偏折；磁场愈强，粒子被偏折愈厉害。测量这些粒子被偏折的程度和磁场强度，就能间接地测出它们的质量，亦即能得出粒子所带电荷与其质量之比。这仿佛是要测定子弹的重量（铁子弹），我们可以在一个大磁铁附近发射子弹，子弹受磁场的作用会偏离靶心，然后根据子弹偏离靶心多远和磁场强度大小推知子弹重量多大。
1897年，汤姆生根据实验指出，阴极射线是由速度很高（每秒10万千米）的带负电的粒子组成的。起初称为“粒子”，后来借用了以前人们对电荷最小单位的命名，称之为“电子”。实验结果表明，阴极射线粒子的电荷与质量之比与阴极所用的物质无关。也就是说，用任何物质做阴极射线管的阴极，都可以发出同样的粒子流，这表示任何元素的原子中都含有电子。
汤姆生还发现，除阴极射线外，在其他许多现像中也遇到了这种粒子。例如把金属加热到足够高的温度时，金属或某些其他物质受光特别是受紫外线照射时，也都放出电子。这个事实更进一步说明了任何元素的原子中都含有电子。
汤姆生测出，电子的质量只有氢原子质量的1/1840，电子的电荷是-4.8×10-10静电系单位（或-1.602×10-19库仑）。电子的重量只有9.11×10-28克。
汤姆生的思想摆脱了传统观念的束缚，发现了电子，但又受到了嘲笑。因为许多人根本就不相信思，认为汤姆生的说法是愚蠢的，甚至说他是个骗子。汤姆生在英国科学知识普及会上讲述他关于电子方面的实验时，在座的大部分物理学家对他所持的观点表示怀疑。所以，在当时，电子的发现并没有引起广泛注意。关于这一点，汤姆生的儿子后来写道：“反对这种比原子还小的粒子客观存在的论调，还是不停地出现，但那只不过是旧物理概念间歇的垂死痉挛。”
电子的客观存在，被后来愈来愈多的事实完全证实了。这项重大发现，不仅使我们对原子结构有了进一步认识，而且还使我们弄清了电的性质。每秒钟导体的某一横截面上会有6.242×1018（1018即100亿亿）个电子的定向流动，就是我们所知道的1安培的电流。
电子的发现及电子学的一系列成就，是现代文明的基础，天上的航天飞机、人造卫星，地上的电气列车，城市的电车，电灯、电话、电视、电炉、收音机、雷达等，无一不是靠电子的工作。
电子的发现，直接证明了原子不是不可分割的物质最小单位。原子的自身还有结构，电子就是原子家族中的第一个成员。
镭及人工放射性的发现
玛丽·居里，即著名的居里夫人，与她的丈夫皮埃尔·居里一起，夫妇俩共同就贝克勒耳首先发现的放射性现象进行研究，先后发现钋和镭两种天然放射性元素，为原子时代的开始，作出了重大贡献。
居里夫人在科学上的刻苦自励、坚韧不拔，生活上的不畏挫折、艰苦朴素，成为后代人敬仰和传颂的佳话。
玛丽生长在波兰一个诚实的农民家庭。她的父母后来离开了农业劳动，从事教育工作，父亲是一位中学的数学和物理教员，母亲做过小学校长，弹得一手漂亮的钢琴。玛丽继承了父亲的才智和母亲的灵秀。
玛丽中学毕业时以优异成绩获得了金质奖章，全家人都为她高兴，她的父亲更感到由衷的欣慰。
19世纪的波兰大学不收女学生，这使玛丽和她的另一个姐姐很犯愁。因为如果出国求学，需要一笔很大的开支。“有办法了！”一天，玛丽在月光下兴奋地对姐姐说：“是这样，你把我们俩省下来的钱都带上，先去巴黎。我在这儿做家庭教师，把挣来的钱再给你寄去。等你毕业有了工作再帮助我。若是我们仍旧各自奋斗，那就谁也无法离开这里。”
姐姐高兴地拥抱着妹妹，眼里闪着激动的泪花：“玛丽，你真愿意帮助我吗？你的天资这样好，应该你先出去，也许很快就会功成名就，为什么先让我走呢？”
“因为你是20岁，我才17岁。”
就这样，姐妹分手了。
姐姐从巴黎寄来了信，妹妹从华沙寄去了钱。为了支持姐姐读书，玛丽有时连一张邮票都买不起。后来，玛丽也到了巴黎。
玛丽在巴黎求学期间，一个波兰籍物理教授为物理学家皮埃尔·居里做了牵线搭桥的人，用中国话说，为玛丽和皮埃尔做了“红娘”。
皮埃尔原是一位对女性抱有成见的人，在他的日记中曾这样写道：“女人比我们更加留恋生命，天才的女人是少见的。”
皮埃尔与玛丽第一次见面时，漫不经心地同她握手，伸过来的是一只秀丽纤巧的小手，手指上留有硫酸灼伤的斑痕。
对于年轻有为的科学家皮埃尔，玛丽闻名已久。然而，第一次会见，除了欣喜之外，在这位27岁的姑娘心中还激起了一道波澜。
当晚，皮埃尔和玛丽都失眠了，皮埃尔找出了自己的日记本，把上面关于女性的偏见涂抹得一干二净。一年之后，两人的感情终于找到了共同的节奏，皮埃尔在给玛丽的信中写道：“如果我们能够生活在一起，那该有多好啊！”
1895年，玛丽和皮埃尔在充满诗情画意的夏天里结婚了。玛丽的婚礼没有白礼服，没有金戒指，也没有按照当地的习俗到教堂去举行仪式。亲友们来祝贺他们的结合，这对新婚夫妇用亲友的馈赠，购买了两辆新自行车。
理化学校的校长同意玛丽在皮埃尔的实验室里继续进行她的钢磁化性能研究。在那些日子里，玛丽白天做八小时的科学研究，回家料理两三小时的家务，学会了煮牛肉和煎土豆片。晚饭后，她坐在一张没有上漆的白木桌子的一端，在煤油灯下准备着大学毕业生的职业考试。皮埃尔坐在这张桌子的另一端，准备明天要上的课。
婚后第三年，玛丽生了一个女儿，玛丽下决心把对科学的热爱和做母亲的责任同时担负起来。她每天给女儿喂奶、换尿布。幸好玛丽的公公给了她很大的帮助。这位老人细心地看管这个小女孩，使玛丽有较多的时间从事她喜爱的科研工作。
玛丽看到一份报告，是法国物理学家贝克勒耳写的，内容是关于他发现铀矿石会放出看不见的射线，而使底片感光的研究。这真是一种奇妙的现像。这种射线是从那儿来的？具有什么性质？这是一个好题目，还没有人做过详细的研究，正可写一篇绝好的博士论文！
玛丽的想法得到了皮埃尔的支持，于是她便立刻动手，搜罗了一些铀矿石，一个皮埃尔和他的哥以前所发明的压电石英静电计和测电器，一个电离室，此外便是一些瓶子。可是得找一个地方来从事她的试验呀！经皮埃尔多次向理化学校校长请求的结果，同意让他们使用一间空着的小贮藏室。
这间房子阴暗、潮湿，对灵敏的测电器是极为不利的。不过玛丽倒觉得无关紧要，她首先是测量射线使空气电离的力量。多次的实验证明：射线的强度和矿石中铀的含量成比例，和外界的光照、温度无关。这结果已使当时的物理学界震惊。
玛丽想来想去，觉得这种独立的射线现像一定是一种原子的特性。铀具有这种特性，别的元素难道不具备这种特性吗？玛丽把能弄到的元素或它的化合物都逐个儿检查一番。结果，她发现另外一种元素钍的化合物也会自动发出射线。玛丽认为：必须给这种独立的放射现像另起一名称，就叫做“放射性”。
玛丽简直被放射性迷住了。由于好奇心的驱使，她几乎检查了所有的盐类、化合物、矿物质、软的、硬的以及各种奇形怪状的东西。她明白了：大凡含有铀或钍的物质，都会有放射性。
玛丽就专门研究那些有放射性的矿物，她发现，有一种铀沥青矿石的放射性，比其中照铀的含量算出来的应有的放射性大得多。难道是仪器不准，或是操作有毛病？可是反复几十次，证明测量没有错。这种过度的放射性是哪儿来的呢？玛丽想：在这种矿石中，一定含有一种放射性比铀或钍强得多的新元素。
玛丽的惊人发现使皮埃尔也感到惊奇，他决定暂停止他自己的结晶学方面的研究，用他的全部力量和玛丽一起研究这种神奇的新元素。
这种强放射既然是由一种新元素所产生，就一定要把它找出来。可是铀矿石的成分早就化验过了，并没有发现什么未知物质。由此可知，这种新元素在矿石中的含量一定非常非常少，以致于当时所用的分析方法都发现不了它。他们悲观地估计，至多不超过百分之一。
玛丽和皮埃尔用化学的方法，把这种矿石的各种成分分开，然后个别测量它们的放射性。经过反复的搜查，发现放射性主要集中在两种化学成分里，这是两种不同的新元素存在的象征。他们认为，现在已经可以宣布发现了这两种元素之一。
皮埃尔向玛丽说：“你给它起个名字吧！”
玛丽的祖国波兰当时已经不存在了，她喃喃地说：“为了纪念我的祖国，把它叫做‘钋’（钋是波兰的意思）吧！”
玛丽把这一发现，写在1898年7月给理科博士院的报告里。同年12月，在另一份报告里写道：“还发现另一种有强放射性的新元素，它放出的射线强到了是纯铀的九百倍。我们提议叫它‘镭’（镭是放射的意思）。”
这个发现使当时的物理学界大为惊奇，有人高兴，也有人怀疑。也有人毫不客气地提出来：“你说你发现了新元素，可是我们没有看见，你能把它放在瓶子里，用酸来化验它？它的原子量是多少？把新元素拿给我们看看，我就相信。”
为了把钋和镭指给不相信的人看，玛丽和皮埃尔决心要把它提炼出来。
根据以往的试验，钋是一个不稳定的东西，提炼起来比较困难，他们决定先提取镭。可是手头的沥青铀矿石太少了。按照他们当时作百分之一含量的“悲观”估计，要想提取看得见的一点镭，估计至少也得一吨矿石。哪儿去弄那么多原料呢？过去的研究全是花他俩自己的钱，政府并没有给他们一文经费。一个矿上正在用这种矿石提炼制玻璃用的铀盐，剩下的残渣就作为废物不要了。这些废物中一定也可提炼出镭来。
玛丽雇了一辆运煤的马车搬运。残渣像小山一样地堆在矿口附近一片松林里。搬运工人把这些废物装进了几十个大麻袋里，拉到玛丽在学校的那间小工作室前面。残渣运到的那一天，玛丽高兴极了。她立刻解开口袋，双手捧起那些灰褐色的东西，还夹杂着不少松针和泥土。玛丽仿佛看到，镭就在里面。
那么多大麻袋只好卸在露天。得找个地方来进行提炼镭的试验呀！皮埃尔去找理化学校的校长，请求他给一间屋子。校长一向是支持皮埃尔工作的，可是他摊着双手表示：哪儿有空屋子呢？
玛丽原来的小工作室对面有一个院子，院子的一侧有一个小木板屋，原来是大学的医学院当解剖室用的。现在这间屋年久失修，玻璃天窗漏雨，板壁破裂透风，连停放死尸都认为不合适了，很久没有人愿意使用这个破屋子。
他们在那木屋里忙碌起来，没有什么大型的器械，只有坩埚、烧杯、曲颈甑、大大小小的瓶子，还有两双手。他们把矿石残渣一千克一千克地加热、蒸干、结晶。这种工作是在院子里的空地上做的，因为有难闻的气味和烟雾。玛丽身穿粗布衣服，沾满了灰尘和酸渍，手拿一根大铁棍，一连几个小时地搅动着呛人的溶液。她的头发被风吹得飘起来，眼睛和咽喉刺激得红肿。皮埃尔则在木屋里专心做他的试验工作，因为他善于摆弄仪器。
下雨的时候，只好匆匆忙忙地把这些东西搬到木屋里来，把门窗打开，好让那些烟散出去。碰到下雨天，雨水透过天棚一滴一滴地落下来。他们只好用粉笔在地上划出记号，把仪器放在不滴水的地方。冬天，那个铁炉子尽管烧得发红，也只有离炉子很近的地方才感到有些热，稍远一点就如冰窖。
偶尔有一些物理或化学方面的同行来看看镭提炼得怎么样了。理化学校一个实验室工人叫伯弟，出于个人的热心，自愿给他们帮些忙。另一个青年化学家安德烈·德比尔纳对提炼镭很感兴趣，常常到木屋来看他们。