这种奇妙的射线，对玛丽来说，具有莫大的吸引力，使她产生了浓厚的兴趣。她认为，这是个绝好的研究课题。于是，就同丈夫彼埃尔商量。
　　“这个课题虽好，可难度太大，研究起来怕是不太容易”彼埃尔关切地说。
　　“这我知道，”玛丽笑道：“正是因为它有难度，我才去选择它！”
　　看着妻子认真而坚定的面孔，彼埃尔没说什么，开始为妻子奔东忙西，做起筹备工作，经过彼埃尔的多次努力，才在他原来工作过的理化学校借到一间又寒冷又潮湿的小工作间。自己也放下正在研究的课题，同妻子一道进行工作。可实验条件太差，屋顶漏雨倒不要紧，最麻烦的是仪器太少。但居里夫人根本不把这些外在条件放在眼里，因为她知道，科学研究方面的难度比这些更大，她心中关心的只是她的研究课题。
　　在研究过程中，她发现能放射出那奇怪光线的不只有铀，还有钍，可见贝克勒所发现的光线要比铀放射的光线强得多。因此，她做出大胆判断：还有一种物质能够放射光线，这种新的物质，也就是还未发现的新元素，只是极少量地存在于矿物之中。居里夫人把它定名为“镭”，因为在拉丁文中，它的原意就是“放射”。
　　当时很多科学家并不相信，认为居里夫妇只是一种假设，甚至有人说道：“如果真有那种元素，请提取出来，让我们瞧瞧！”
　　要提炼镭元素，需要足够的沥青铀矿，而这种矿很稀少，价格又很昂贵，他们可根本无法得到。这件事后来传到奥地利，迅速得到奥地利政府的支持，赠送他们一吨已提取过铀的沥青矿残渣，这才开始了提取纯镭的实验。
　　经过３年多的艰苦工作，居里夫妇终于在１９０２年提炼出０．１克镭盐，接着又初步测定了镭的原子量。发现这种元素的放射性比铀强２００万倍，因而它不用借助任何外力，就会自然发光发热。
　　镭的发现，引起科学乃至哲学的巨大变革，为人类探索原子世界的奥秘打开了大门。可以说，它的发现，开辟了科学世界的新领域，并由此诞生了一门新兴的放射学，所以，镭被誉为“伟大的革命者”。
　　正是因为居里夫妇为科学革命做出了巨大的贡献，第二年，他们便获得了诺贝尔物理奖金。
　　过后不久，人们又发现镭在医学方面的价值，给癌症患者带来了福音，这使本来已经非常昂贵的镭，变得更加珍贵。有人劝说居里夫妇说：“您如果去申请专利，定会成为百万富翁！”
　　“不，镭是一种元素，它应属于全世界！”居里夫妇毫不犹豫的回答。
　　居里夫妇非常信奉“科学是无国界”的，也可以说，这是他们献身科学的共同宏愿。但不幸的是，１９０６年４月的一天，在一次车祸中彼埃尔·居里失去了自己宝贵的生命。居里夫人强忍悲痛，继续进行自己的科学研究。１９１０年，居里夫人成功地分离出纯镭，分析出镭元素的各种性质，精确地测定了它的原子量。在同年居里夫人出席的国际放射学理事会上，制定了以居里名字命名的放射性单位，同时采用了居里夫人提出的镭的国际标准。