Жизнь молодоженов была полностью отдана научной работе, они вместе проводили исследования в лаборатории, готовились к лекциям или к экзаменам. Мария начала писать докторскую диссертацию, заинтересовавшись открытием урановых излучений А. Беккереля – материалом совершенно новым и неизученным. Принимая решение взяться за разработку этой темы, она не представляла, что попала на самый пик научных интересов XX века. В сырой и холодной мастерской, служившей складом и машинным залом, Кюри начала свои исследования. Изучая образцы, содержащие уран и торий, она заметила отклонения от предполагаемых результатов: радиоактивность некоторых соединений была просто аномальной. Тогда Кюри выдвинула смелую гипотезу: данные минералы содержат небольшое количество нового, доселе неизвестного вещества, гораздо более радиоактивного, чем уран и торий. Чтобы найти его, Пьер оставил все свои исследования и присоединился к жене. В июне 1898 г. супруги сообщили о существовании нового радиоэлемента, предложив назвать его «полонием» (от названия родины Марии), а в декабре того же года заявили об открытии радия.
Несмотря на относительно быстрый успех, основная работа была еще впереди. Чтобы доказать всему миру правильность своих предположений, необходимо было выделить эти неизвестные химические элементы, определить их атомный вес. Ученые знали, какими методами можно было добиться результатов, но исследования требовали больших материальных затрат. Отсутствие денег очень мешало работе. Четыре года Пьер и Мария Кюри на свои средства, без всякой помощи проводили исследования в заброшенном дощатом сарае. Это был изнурительный труд: Марии приходилось обрабатывать сразу до двадцати килограммов исходного вещества, часами размешивать кипящую массу в чугунном котле, переносить тяжелые емкости. Килограмм за килограммом она обработала восемь тонн урановой руды. Работа напоминала поиски иголки в стоге сена. Но как бы тяжело ни приходилось ученым в те дни, о них Мария Склодовская вспоминает как об одних из самых счастливых дней своей жизни: «Несмотря на тяжелые условия работы, мы чувствовали себя очень счастливыми. Наши дни проходили в лаборатории, и случалось, что мы и завтракали там, совсем скромно, по-студенчески. В нашем убогом сарае царило глубокое спокойствие… Мы жили, поглощенные одной заботой, как зачарованные». В 1902 г. Марии удалось выделить один дециграмм чистого радия – белого блестящего порошка, который она хранила всю жизнь и завещала Институту радия в Париже. Химикам и физикам, большинство из которых довольно скептически относилось к гипотезе исследовательницы, пришлось склониться перед нечеловеческим упорством этой женщины.
Вскоре радий, с помощью которого ученые надеялись победить рак, стали добывать промышленным способом. В 1904 г. был построен первый завод по получению радия для врачей, занимавшихся лечением злокачественных опухолей. Несмотря на постоянные финансовые трудности, супруги Кюри отказались от получения патента на производство радия, подарив миру свое уникальное открытие бескорыстно. Очень быстро о французских физиках-новаторах узнали почти во всех уголках земного шара. В 1903 г. Мария и Пьер по приглашению Королевского общества побывали в Лондоне, где им была присуждена одна из высочайших наград – медаль Дэви. Почти одновременно с этим событием супруги Кюри совместно с Анри Беккерелем были удостоены Нобелевской премии за открытие в области радиоактивности. Впервые такую премию по физике получила женщина. Это была вершина их научной славы! Почетная и престижная награда Шведской академии наук положила конец их денежным затруднениям.
Наконец у Марии и Пьера Кюри появилась надежда, что предстоящие годы работы будут не такими тяжелыми, как предыдущие. Жизнь, казалось, налаживалась и открывала перед учеными новые перспективы. Супругов радовала не только любимая работа, но и лад и спокойствие в семье. К этому времени они уже воспитывали двух дочерей – старшую Ирен и младшую Еву, которых нежно любили. Но этот счастливый период жизни продлился совсем недолго.
19 апреля 1906 г. Пьер погиб страшной и нелепой смертью, попав под колеса конного экипажа. Мария потеряла единомышленника, мужа, отца своих маленьких детей. «Его любовь была превосходным даром, верная и самоотверженная, полная ласки и заботы. Как хорошо было быть окруженной этой любовью и как горько было потерять ее!» – писала она в своих воспоминаниях. С момента трагедии прошло много лет, прежде чем Мария Кюри стала приходить в себя от пережитого горя. «По существу, она так никогда и не утешилась и не смирилась», – вспоминала ее старшая дочь Ирен Жолио-Кюри.
