瑪麗亞遇到了巴黎學校的另壹位講師皮埃爾·居裏，也就是她後來的丈夫。他們兩人經常壹起研究放射性物質，主要是瀝青鈾礦，因為這種礦石的總放射性比它所含鈾的放射性強。1898年，居裏夫婦對這壹現象提出了壹個邏輯推論:瀝青鈾礦中壹定含有某種未知的放射性物質，這種物質的放射性遠遠大於鈾。12年2月26日，居裏夫人向全世界公布了他們的推斷，並在隨後的幾年裏不斷提煉瀝青鈾礦中的放射性物質。經過不懈的努力，他們終於成功地分離出了氯化鐳。發現了兩種新的化學元素:釙和鐳。因為對放射性的偉大發現和研究，他們與亨利·貝克勒爾1903獲得諾貝爾物理學獎，瑪麗成為歷史上第壹位獲得諾貝爾獎的女性。1911年。瑪麗因成功提取鐳而再次獲得諾貝爾化學獎。令人驚訝的是，瑪麗·居裏獲得諾貝爾化學獎後，並沒有將提取純鐳的方法申請專利，而是公之於眾，促進了當時放射化學的發展。
居裏夫人也是歷史上僅有的兩位不同領域的諾貝爾獎獲得者之壹。在第壹次世界大戰中，他建議利用放射學原理醫治傷員，從而促進了放射學在醫學研究領域的發展和應用。1921年，她去美國為放射學的研究籌集資金。居裏夫人因過量接觸放射性物質於1934年在法國逝世。之後，她的大女兒埃隆·喬裏奧·居裏以1935獲得諾貝爾化學獎。最小的女兒艾芙·居裏在母親去世後寫了壹本書《居裏夫人傳》。在20世紀90年代的通貨膨脹期間，居裏夫人的頭像曾經出現在法國和波蘭的郵票和貨幣上。化學元素鋦(Cm，96)是為了紀念居裏夫婦而命名的。