1897年年底，玛丽面前有两条科研道路可供选择，二者都能够使她取得学位。一条是攻读奖学金研究生，另一条是从事回火钢磁化的研究。而后者的目标则是博士学位。在确定争取博士学位的研究课题时，玛丽被新近出版的法国科学家安图瓦纳·亨利·贝克勒尔的一部著作吸引住了。作者发现，铀盐能够自行发光——即在避光情况下可发射出奇异的光束。将铀的化合物用黑纸包起来放在照相底片上，铀能够透过黑纸在底片上留下痕迹。这是人类第一次观察到这一异乎寻常的奇特现象。后来，玛丽将这种现象命名为“放射现象”。贝克勒尔的发现使玛丽着了迷。要弄清楚使铀化合物不断施放出射线的能源究竟是什么，这可是一个吸引人的研究课题。
皮埃尔任教的物理学院院长答应借给玛丽一个底层小储藏室，供她做实验用。要在这样一个狭小阴暗的地方搞科研谈何容易。那里的温度与湿度既影响精密仪器的灵敏度，又损害玛丽的健康。
玛丽在从事铀射线的研究过程中发现，另一种元素钍的化合物也会像铀一样自行放射光束。后来，她还多次将其他一些矿物放在盒子里做实验，结果发现，每个盒子里的试验品所具有的放射性都要比同量的铀或钍的放射性大得多。这种反常的放射性又是从何而来的呢？看来只能有一种解释：这些矿物中肯定含有少量放射性比铀和钍大得多的放射性物质。但它是一种什么物质呢？玛丽实验了所有的已知元素，得出的结论是：这些矿物中肯定含有一种迄今人类所不了解的化学元素。
皮埃尔·居里一直以极大的兴趣关注着妻子迅速进展的实验。如今，他决定放弃自己的实验工作，以助妻子一臂之力。在潮湿的工作室里，他们以两个人的智慧、四只手寻找着这种未知元素。他们将沥青铀矿石内所含的各种元素分解开来，再分别对每种元素的放射性进行测定。一种又一种元素被排除掉，研究的范围不断缩小。筛选的结果表明：有两种新元素存在，而不是原先推测的一种。1898年7月，他们终于确定并宣布发现了这两种元素中的一种。为纪念可爱的祖国波兰，玛丽将该元素命名为铍。
1898年12月，居里夫妇又宣布找到了沥青铀矿中存在第二种新元素。他们将这种元素称之为镭。他们相信，该元素具有巨大的放射性，然而，谁也没有见到过镭是什么样子，谁也不知道它的原子量是多少。为了证明铍和镭的存在，居里夫妇又辛辛苦苦工作了四年。
他们通过奥地利政府弄到了一吨沥青矿渣，就在他们原先做实验用的小储藏室附近一个被遗弃的棚屋里干了起来。玛丽后来写道，“就在这破烂不堪的棚屋里，我们度过了一生中最美好、最愉快的岁月，把时间和精力完全奉献给了工作。有时候，我整整一天用一根跟我一样高的木棒搅拌着一团熔融的沥青渣。到了晚上，累得简直像散了架。”居里夫妇就在这样的条件下从1898年一直干到1902年。在居里夫妇宣布镭的存在的四十五个月之后，玛丽终于成功地提取了一分克（即十分之一克）纯镭，并测定了它的原子量，从而真正确立了镭的存在。
居里夫妇在科学上的成就，并没有改善他们的物质生活和实验条件，但他们却获得了国际的赞扬，1903年瑞典皇家科学院把诺贝尔物理学奖金的一半，赠给居里夫妇。皮埃尔被任命为巴黎大学教授，玛丽成为该校实验室主任。1904年，他们有了第二个女儿。1906年4月19日，天下着雨，皮埃尔回家时，一面思考问题，一面穿过马路，这时一辆载货的马车飞驰而来，皮埃尔躲闪不及被撞倒，死神无情地夺去这位科学家的生命。噩耗传来，居里夫人悲痛欲绝。但她牢记丈夫生前说过的话：“无论怎样，活着的人，总得照常工作。”从此，她一人担负起奉养公公，抚育女儿的重担。
法国政府决定给居里夫人一笔抚恤金，被她断然拒绝，她说：“我不要抚恤金，我还年轻，能赚出我和我女儿们的生活费。”巴黎大学虽然不聘用女教授，但居里夫人的学识，使她得以代替皮埃尔讲课。
居里夫人继续她和她丈夫生前进行的放射性元素的研究工作。1908年，她出版了丈夫的遗稿《皮埃尔·居里的著作》。19lO年她出版了自己的名著《论放射性》。为了表彰居里夫人在她丈夫死后所取得的一系列重大科学成就，1911年再次颁发给她诺贝尔奖金。
1920年5月的一天，她正在实验室工作，一位美国女记者麦隆内夫人来访问她。记者问：“如果把世界上所有的东西任你选择，你最愿意要什么？”居里夫人说：“我最想有一克纯镭来进行科学研究，我不能买到它，因为它太昂贵了。”而实际上，居里夫人曾在丈夫死后，将他们辛苦劳动取得的价值百万法郎的镭赠给了巴黎大学实验室。
麦隆内夫人回到美国，写了一系列文章，介绍皮埃尔·居里及其夫人的为人和工作环境以及镭在防治癌症方面的作用，希望美国人民献给居里夫人一克镭。1921年5月，居里夫人带着两个女儿抵达纽约，受到美国人民隆重、热烈的欢迎。美国总统在华盛顿向居里夫人转交了一克镭，并在致词中称赞居里夫人是“高尚的人、忠诚的妻室、慈爱的母亲，她除了积极劳苦的工作外，还尽了妇女的全部天职”。
在居里夫人的晚年，由于长期从事放射性元素的研究，她的身体受到了严重损害，她眼睛里生了一层眼翳，在八年中开了四次刀，耳朵里常常觉得有强烈的叫声，她还患有恶性的白血病，经多方医治均无效。
1934年7月4日，这位女科学家的心脏停止了跳动，终年67岁。根据她生前的意愿没有举行隆重葬礼，但和皮埃尔合葬，她的哥哥和姐姐们向墓穴撒下一把从波兰带来的泥土。
提纯为氯化物的镭，表面看起来不过是普通的白色粉#，与厨旁里的食用盐没什么区别，但却有惊人的特性。其射线的穿透能力超出了人们的意料，据测定，镭的放射性强度为铀的200万倍，其射线可以穿透最坚硬、最不透光的物质然而，一层薄薄的铅板就可以阻止它的神奇的穿透力最令人动心的奇迹则是，在与#症的斗争中，镭还是人类的强大同盟军、如今，人类提取镭再也不仅仅是出于进行研究的兴趣，而是为了利用它。
1942年12月2日，在缝领导下设计和生产的第一座核反应堆成功运行了。消息传达时用的是暗语：“这位意大利的航海家进入了新世界”这句话恰如同对他的预言。
原子时代的开启者
——意大利物理学家费米
1901年9月29日，恩里科·费米出生在意大利首都罗马一个铁路职员的家庭，他是家里三个孩子中最小的一个。童年的费米，个头瘦小，不大整洁，易发脾气，见人害羞，给人的印象是个精神贫乏、缺乏想像力的孩子。而实际上小费米是个非常聪明、爱动脑筋的孩子。10岁时，他就能独立理解x2+y2=r2方程为什么是表示一个圆的高深数学问题。
1918年，17岁的费米以优异的成绩考入比萨高等师范学院。入学考试时，主考的教授被费米那篇题为《声音的特性》的论文所震惊，他特地找费米到办公室作了一次非正式谈话。从这时起，费米在物理学领域的杰出才能就引起了学术界的注意。
在比萨高等师范学院度过了四年光阴的费米，在物理学和数学上都打下了坚实的基础，尤其在理论物理方面，造诣更是精深。在念高年级时，费米成了学校量子理论的权威，教授们在讲授现代物理时，不能传授新的知识，反而请费米给他们讲授关于爱因斯坦相对论的课。学生成了先生的先生。
1926年，费米担任了罗马大学的物理学教授，这时候费米仅25岁。
1928年7月19日是罗马炎热的一天，那天费米和认识了四年之久的劳拉终成眷属。他和妻子劳拉曾为意大利中学写过一本物理学教科书，还参加过《意大利百科全书》的编写工作，担任过几年百科全书物理组的编辑。以后的事实证明费米的著作是非常成功的，直到今天，世界各地仍有许多年轻人通过费米所著的书籍掌握了或正在掌握物理学。
1934年1月，居里夫人的女儿、法国物理学家伊蕾娜和她的丈夫、法国物理学家弗雷里克·约里奥宣布：他们在实验中用高速α粒子作为“炮弹”，轰击铅原子，结果发现了人工放射现象。原先没有放射性的铅，当它被α粒子轰击时，转变成了能放出辐射线的元素，情况和天然放射性元素一模一样。
消息传到意大利，费米觉察到未来属于原子核物理。他立即决定探索这个新的课题，但他不打算重复法国物理学家的实验，他要开辟一条新途径去研究人工放射性。
原本是理论物理学家的费米，现在却要从事实验物理学家的研究工作，面临的困难可想而知。当时，罗马大学的实验室没有任何轰击原子所需的仪器和设备，也没有经费去买。实际上有的仪器有钱也买不到。
费米没有被困难吓倒。他努力创造条件，从最基础的准备工作做起，自己动手制作实验所需的仪器，寻找轰击原子的“炮弹”，改用不带电的中子作为“炮弹”去轰击原子。可是，中子的来源呢？幸好，在物理楼的地下室里，存放着属于卫生部的一克镭和一套从镭中提取氡的设备。氡是镭在天然衰变中形成的一种气体。它本身也会自动地发生衰变，发射出α粒子。如果把氡和银粉混合在一起，α粒子就会轰击铍，使它发射中子。费米无偿地获得了中子源。于是，一切准备工作就绪。
从此，物理楼的二楼便成了费米进行原子角逐的战场。1934年秋天，费米和他的实验小组在继续对某些金属实验人工放射时，意外地发现把一大块石蜡放在中子源和银块之间，银的放射性突然提高了100倍。兴奋不已的物理学家们跑到物理楼后院的养鱼池旁，把中子源和银块放入水中，获得了同样的结果。费米立即进行了综合分析。结论是：由于中子在穿过石蜡和水时速度减低，被银原子俘获的几率增大，从而有较多的银原子转变为放射性元素。这个重大的发现，预示着在不远的将来，人工放射性物质将会代替价格昂贵的天然放射性物质。同时，预示着为人类造福的原子能将会有广阔的前景。
为了表彰费米的业绩，1938年12月10日，他荣获了科学家的最高荣誉——诺贝尔奖。
1938年，德国、意大利的法西斯们称霸世界的野心进一步膨胀，欧洲上空战云密布，第二次世界大战一触即发。费米的妻子是犹太人，自然时刻受到威胁，生命安全都没有保障。这一切引起了费米的强烈不满。1938年12月，他利用前往瑞典领取诺贝尔奖的机会，携家带口，逃出了法西斯的魔掌，于1939年1月抵达美国前往哥伦比亚大学任教。
这时，有可靠消息证实，德国法西斯正在加快原子裂变的研究步伐。侵略成性的法西斯一旦掌握了原子能并把它用于军事，给人类带来的灾难是不堪设想的。他们决定加快步伐，抢在希特勒的前面，掌握利用原子能的技术。
1940年，费米等人建造了世界上第一个核反应堆，他们的研究进展顺利。1942年12月2日上午，在费米的指挥下，反应堆的控制棒一点点按着计算被抽了出来，非常地谨慎。这样一上午过去了。到了午饭时分，虽然并没有一个人作出饥饿的表示，费米这个尊重习惯的人却宣布现在已成为历史的那句名言：“我们去吃午饭吧。”午饭过后，大家重新各就各位。直到下午3时20分，控制棒被抽出到计算的尺度，反应堆开始运行，地球上第一次点燃了原子之火，在人的监视下释放出原子能。这个被称为“芝加哥冶金实验室”的工程，是动力工程学发展史上，也是整个人类文明史上继“伏打电”之后又一次飞跃。
1942年12月2日的核反应堆实验证明了原子能的释放是可行的，设计和制造原子弹的工作也加快了步伐。费米是以科学顾问的身份参加研制的。当该项工程的参加者提出反对把原子武器用于战争的倡议时，费米没有支持，他是轰炸长崎、广岛的赞同者之一。他说，历史上的先例不管其价值如何，却没有证明武器的进步吓得人们不敢发动战争。他还认为，一场战争的严酷程度不取决于毁灭手段的技术进步，而是取决于使用武器者的意志以及各交战国所愿意采取的惩罚数量。但是他本人并不是好战主义者。
1954年11月29日，在他创造精力旺盛之年，费米因胃癌离开了人世，享年53岁。费米的名字被用来命名元素周期表中第100号元素，以此来表示人们将永远纪念这位20世纪伟大的物理学家。
运气似乎很钟爱费米。1929年3月，意大利科学院任命第一批院士，费米被选中，那一年他还不满28岁。随着院士级别而来的还有使他忐忑不安的“阁下”的头衔。费米认为那个头衔即使是在官僚主义的国家里，也是毫无用处的。一次他同妻子去滑雪旅行，走到一家他们曾经住过的旅馆时，经理问他：“您是费米阁下的什么亲属吗？”“是个远亲。”他回答。费米不是个喜欢让人注意到他的人。