如果能追随理想而生活，本着自由的精神、勇往直前的毅力、诚实不自欺的思想而行，则定能臻于至美至善的境地。
——居里夫人
（一）
在19世纪的末期，当物理学家们正在为经典物理学的辉煌成就而欢呼时，当一部分科学家宣传物理学的大厦已经初步建成时，从1895年起，一系列从未预见的伟大发现突然迅速地涌现出来。
首先是1895年12月，德国物理学家伦琴发现了X射线；接着，法国物理学家贝克勒尔又在第二年，即1896年3月，发现了铀元素的天然放射性；1897年，英国物理学家J.J.汤姆逊又发现了电子……
这一系列的发现，在物理学家、化学家面前展现出了一个光怪陆离、变幻莫测的神奇世界。
关于贝克勒尔发现放射性元素的消息被报道后，并没有在科学家引起重视。而此时，玛丽正面临着一个重要任务，那就是选择博士论文的研究课题。
在实验室当中，皮埃尔是玛丽的指导者。经过研究大量的文献，皮埃尔和玛丽获得了一个有丰富材料的研究题目，那就是放射性。
其实当时“放射性”这个名字还不存在，是后来玛丽为其命名的。科学家注意到放射性的时间也不长，自从伦琴发现X光线后，有位法国科学家曾研究过其他放射线，那是一种经日光映射而反射的“荧光”。
后来，法国物理学家贝克勒尔从精密的研究入手，考察了铀的化合物，发现了一种极其奇怪的现象：铀化合物并没有经过太阳光的照射，就会自动地放射出一种性质不明的光线。而且，它也不是荧光。因为像钡化合物之所以有光亮，完全是受光照射的缘故。而铀的放射光线，肉眼是看不到的，但若把它放在黑纸包里的照相干片上，它就能透过黑纸，在干片上印出一个影像。这种奇怪的“铀射线”，与X光线一样，能够使检电器放电。
这种放射性性质的来源在当时还是个谜，因为当时欧洲所有的实验室中都没有人研究“铀射线”究竟是什么东西。后来，贝克勒尔就把自己的发现结果写成报告，交给法兰西科学博士院，也没有引起注意。
恰好这时，居里夫妇发现了这个课题，认为这是个极好的研究题目。尤其是玛丽，她觉得放射性在科学界中还是未经探索的神秘部分，需要她的努力。
虽然贝克勒尔只是发现了“铀射线”，研究报告也没有结果，但他的报告却成为玛丽研究的出发点。于是，玛丽立刻选择了铀的放射性现象作为题目，鼓起勇气，开始进行科学研究。
玛丽的决定可谓既聪明又大胆。首先，这个能量来源的问题十分棘手，用现有的科学概念几乎无法解释，可玛丽却偏偏选中了这种难度大、内容新颖的课题，没有大智大勇是不敢进行的。
其次，当时世界上还没有任何一个女人想要成为理学博士，玛丽也很清楚，要想与男人们建立起平起平坐的关系，她的论文就必须有独特的内容和实质性的科研成果。
再次，玛丽也许怀着一种又惊又喜的心情发现，贝克勒尔的重要发现尚未被人重视，几乎还没有人对其进行进一步的研究。因此，选这个课题进行研究，取得成功的机会也会比较大。
不过，困难也马上来到了玛丽面前，因为此类题目的参考文献太少，几乎一切都得自己从头干起。玛丽还发现，除了贝克勒尔在1896年提交的几篇学术报告外，就再也找不到其他的参考资料了。
1897年底，在皮埃尔的帮助下，玛丽在理化学校的附近找到了一间以前用于存放东西的小房间作为她的实验室。
刚开始启用时，这里到处都是厚厚的尘土，空气中还弥漫着浓重的霉气。这还不算什么的，最困难的就是：玛丽没有任何实验仪器。
不过，这些困难并没有难倒玛丽，她还是为能拥有一间属于自己的实验室而满心欢喜地说：
“好了，现在，我开始有了自己的第一个实验室了！”
（二）
玛丽把这个好不容易找到的“实验室”整理一番后，就开始着手购买各种实验仪器，并很快就开始了她的研究工作。
这里没有暖炉，光线也不好，可以说是冬冷夏热。尤其是冬天，当玛丽感觉屋子里太冷的时候，她就在工作笔记上记下摄氏温度计指明的温度，如在1898年2月6日的记载是“温度6°25′”。
一到夏天，房间里的湿气也很重，这会对玛丽的病产生不良影响，而且也会影响电流计的准确性，但玛丽没有更好的选择。
在这里的生活给玛丽留下了很深的印象，此后她虽然换了许多实验室，但这里却是她进行实验的起点站，而且她研究的又是那么重要的课题，因此，她当时兴奋和满足的心情还是可想而知的。
德国化学家奥斯特瓦尔德后来参观了居里夫妇的实验室后，难过地说：
“在发现镭之后不久，经过我恳切的要求，才终于被允许去参观居里夫妇的实验室。我走进那个实验室，发现那竟然是一所既类似马厩，又像马铃薯窖般简陋的房子。如果不是工作台上摆放着一些化学仪器，我真会认为这是一个天大的恶作剧呢！”
在研究开始时，玛丽所做的第一个实验就是重复贝克勒尔曾做过的实验——测量铀射线的强度。
其实，贝克勒尔在发现铀元素的天然放射性时，就发现了它的3个效应：可以令照相底片感光、可以令气体电离、对不同物质具有不同的穿透力。
但可惜的是，贝克勒尔在发现新的辐射现象后，由于继续沿用照相法进行测定，而无法做出定量的分析，结果完全忽略了另外两种效应。
而玛丽的高明之处，就是利用了新放射性的电离效应，从而能够用补偿法测量出铀放射线的强度。
通过细致而耐心的测量，玛丽最终证实了铀射线的强度仅与铀化合物中铀的含量成正比，与化合物的组成无关，也不受光照、温度、通电等诸多元素的影响。这样，玛丽就进一步证实了贝克勒尔的结论：铀射线的发射是一种原子过程。
当玛丽精确地、定量地测定出铀射线以后，作为一名优秀科学家的素质在这时便充分显露出来了。而且越是进行深入实验，玛丽就越发感到铀射线所具有的非同寻常的性质，与以前任何的研究结果都大不相同。于是，她便在贝克勒尔止步的地方又勇敢地向前迈出了一步：现在虽然只能观察到铀自动发射“铀射线”，但并没有任何理由能证明只有铀元素才是唯一能发射出这种射线的物质，其他的元素能不能发射这种射线呢？如果贝克勒尔只是在偶然在铀元素中发现这种射线，而因此就将其设定为只有铀元素才具有发射射线的性质，那未免有些以偏概全了。
于是，玛丽决定检查“当时所有知道的元素”。
她先找来几种矿石和化学物品，一个一个地进行实验。到1898年初，玛丽研究的初步结果证明：绝大多数材料的游离电流都小于0.3×10-12安培，而沥青铀矿石可达到83×10-12安培，氧化铁可达到53×10-12安培。这样一来，玛丽就得出了结论：钍也是一种放射性元素。
这样一来，就说明放射现象并不只是铀的特性，其他物质也具有这种特性。那么，就要给这些物质所具有的这一特性一个科学的命名。玛丽提议，将这种现象称为“放射性”。而铀和钍具有这样的特性，就叫做“放射元素”——这是玛丽研究的第一点成绩。
（三）
经过一系列的研究后，玛丽取得了初步的进展，接下来，她就要弄清楚这种神秘的放射性来自哪里？
玛丽检查了所有的矿物，她知道铀和钍具有放射性，但一件意外的事情出现了：她在检查铀矿石，如铀沥青矿时，发现它的放射性要比纯铀的放射性大得多；再检查一种钍矿石，发现它的放射性也比纯钍大得多。
这是什么缘故呢？这种较大的放射性到底来自哪里？
玛丽对此得出的结论就是：在这些矿物中，一定有比铀和钍的放射性大得多的元素。但是，这是一种什么元素呢？
在以前所做的实验中，玛丽已经检查过所有的已知元素了，除非——玛丽大胆地假定：这些矿物中还含有一种具有放射性的物质，它是现在还不曾知道的一种元素，是一种新的元素！
当然，这只是一个假定，只在玛丽的脑海中存在着，但他们也无法推翻这个假定。于是， 玛丽就请李普曼教授代她向科学博士学院呈上她的研究报告，宣布在铀沥青矿石中，存在一种放射性极其强烈的新元素。
这篇研究报告发表于1898年的春天，也是玛丽研究的第二点成绩。
直到这个时候，玛丽还是要单独进行研究实验，皮埃尔只是随时注意她的发展，有时略微给予一些帮助和建议。而现在，玛丽所得到的结果性质太重大了，皮埃尔决定暂时停止自己在结晶学方面的研究，加入到玛丽的研究当中。
于是，在那间简陋而潮湿的实验室中，这一对终身伴侣用他们两个智慧的头脑，开始研究这种神秘的新的放射元素。
皮埃尔没有料到的是，他的这一“暂停”，竟然一直延续到他不幸去世为止。而他们的合作，也是人类科学史上最为美妙的一曲交响曲，至今对人们依然有着极大的感召力。
居里夫妇开始以放射性为基础，采用分步结晶这一新的化学方法，从沥青铀矿中分离出新的放射性物质。
1898年7月，夫妇俩开始联名发表文章。他们的第一篇文章题目是《沥青铀矿中的一种新的放射性物质》。
为了将不同的元素分开，就需要很好的实验设备，但他们却缺乏这样的设备，只好用“土法”进行，先用他们的静电计设备测定沥青铀矿矿石成分所具有的放射性强度，然后以此为线索，追踪放射性元素究竟隐藏在什么成分之中。这是极不容易找到的，因为铀沥青矿石的成分是什么早已知道，那这种新元素一定是含量极其微小的，所以极缜密的定性分析也不曾发现它。他们估计，这种新元素在矿石中的含量至多不过百分之一。
几个月过去了，他们的辛苦没有白费，在这几乎与世隔绝的几个月时间里，居里夫妇终于将沥青铀矿中的所有成分都分离开来。让他们又惊又喜的是：他们发现了不止一种具有放射性很强的化合物，而是两种！其中一种是沥青铀矿中含钡的化合物，另一种则是含铋的化合物。这说明，他们推断合理的话，一种新元素就在含钡的化合物中，另一种则隐藏在含铋的化合物里。
两人又经过进一步的验证，证明在含铋的化合物中，铋的放射性并非来自于铋元素本身，而是混在铋内的一种极其微量的元素。经过反复分离试验，他们发现，可以通过用两种金属溶解度的不同来进行再分离。加水使铋盐溶解后，从首先沉淀下的渣滓中，就能找到放射性特别强烈的物质了。
夫妇二人怀着激动的心情，不断加快工作进程。终于有一天，他们在铋的化合物中找到了一种新的元素。
居里夫妇兴奋不已，几个月的努力终于没有白费。皮埃尔让玛丽来为这种元素命名，玛丽想了一会儿，她的心渐渐转向了已在欧洲地图上消失了的祖国波兰，于是，便提议将这种元素命名为“钋”，以纪念她那多灾多难的祖国。
玛丽不仅建议将这种新发现的元素命名为“钋”，还在和皮埃尔合作的第一篇论文在法国发表之前，就寄一份给波兰的表兄。当时，玛丽正是在这位表兄领导的实验室中迷恋上自然科学和实验的。
后来，他们的论文差不多同时在法国和波兰发表。玛丽的这一行为，想必一定是想要让战争中的波兰人受到鼓舞，从而让他们在苦难之中看到光明的未来！
然而，当居里夫妇将这一发现提交给法兰西科学院后，科学院却不予承认，这主要是人们的保守思想在作祟。
居里夫妇认为，用放射性方法检测、寻找新元素的方法是一种很有效的化学分析方法，这种方法比光谱学分析方法更为灵敏。然而，当时的人们对放射性了解甚少，因此不太相信可以再用放射性的方法来寻找新元素，认为只有用元素特征光谱才是确定新元素的唯一方法。因此，科学院也拒绝将放射性方法作为鉴别元素的依据。
此外，从化学角度来看，科学院还认为，钋的化学特性与铋十分相似，未必就是一种新元素。直到几年后，居里夫妇成功地提炼出纯净的钋盐，并得到了钋的特征光谱后，科学界才正式承认钋的存在。