Zhruba pol roka predtým oznámili manželia Curieovci objav iného silne rádioaktívneho prvku, ktorý na počesť Máriinej vlasti pomenovali polónium.
Existenciu týchto prvkov dokazovalo však len rádioaktívne žiarenie. Bolo preto nutné získať ich jednoduché zlúčeniny a určiť ich atómovú váhu. V rokoch 1899 až 1902 spracovali takmer desať ton uránovej rudy z Jáchymova, aby získali jediný miligram chloridu radnatého – v „laboratóriu“, ktoré bolo vybudované v starej kôlni. V roku 1903 Maria dokázala existenciu rádia a určila jeho atómovú váhu a v roku 1910, štyri roky po tragickej smrti svojho manžela, potom s kolegom Andre Debiernom izolovala rádium v kovovom stave.
Ako uznanie jej zásluh o rozvoj chémie, za objav prvkov rádia a polónia, za charakteristiku vlastností rádia a jeho izoláciu v kovovom stave, ako aj za výskum povahy tohto dôležitého prvku a jeho chemických zlúčenín, jej bola v nasledujúcom roku udelená Nobelova cena za chémiu. Bola to už jej druhá Nobelova cena. Tú prvú, za fyziku, získala v roku 1903 spolu so svojím manželom a Antoinom Henrim Becquerelom za mimoriadne zásluhy vo výskume žiarenia, ktoré objavil Becquerel.
Pierre Curie sa s Mariou Sklodowskou zoznámil na parížskej univerzite, kam musela varšavská rodáčka z učiteľskej rodiny emigrovať, pretože jej za účasť v revolučnom študentskom krúžku hrozilo prenasledovanie. Tiež sa zaujímala o fyziku a chémiu, ku ktorej ju priviedol priateľ rodiny Sklodowských ruský chemik Dmitrij Ivanovič Mendelejev. V roku 1891 Sklodowska zložila ako prvá žena v histórii prijímacie skúšky na fakultu fyziky a chémie parížskej Sorbonny.
Pierre Curie podnikol prvé významné kroky vo vede so svojim starším bratom Jacquesom, s ktorým skúmal vlastnosti kryštálov. Zahynul v apríli 1906 v nedožitých 47 rokoch, keď vstúpil na jednej z parížskych ulíc v zamyslení pod rozbehnutý povoz. Curie-Sklodowska po vojne naďalej viedla Inštitút rádia v Paríži, ktorý bol vďaka nej založený, a pod jej osobným vedením boli vykonávané prvé výskumy liečby rakoviny pomocou rádioaktivity. Zároveň cestovala po svete, kde jej nadácia pomáhala zakladať lekárske ústavy pre liečbu rakoviny. V roku 1925 navštívila Curie-Sklodowska aj baňu Svornost v Jáchymove. Zomrela vo svojich 66 rokoch v júli 1934 na následky rádioaktívneho žiarenia.
Dcéra manželov Curieových Irene Curie-Joliotová taktiež získala Nobelovu cenu za chémiu v roku 1935 spoločne so svojím manželom Frédéricom Joliotom za objav umelej rádioaktivity. Zomrela v marci 1956 vo svojich 58 rokoch na leukémiu spôsobenú ožiarením pri výskume rádioaktivity.