C'est alors que son mari Pierre Curie finira par mettre de côté ses recherches sur le magnétisme afin de se consacrer à des études sur l'
uranium aux côtés de sa femme. C'est donc en 1898 que le couple va publier les premiers résultats obtenus et feront part de leur découverte du polonium et du radium. C'est aux côtés de l'un de ses étudiants que Pierre Curie fera la découverte de l'
énergie nucléaire. C'est en 1902 que le couple de physiciens Pierre et Marie Curie réussit à obtenir une quantité suffisante de radium afin d'en définir la masse atomique. Grâce aux résultats obtenus par cette étude, Pierre et Marie Curie recevront le
Prix Nobel de physique en 1903. La même année, ils obtiendront la Médaille Davy. En 1904, Pierre Curie sera à la tête d'une chaire de physique générale à la faculté des sciences de Paris.