居里夫人的主要成就：曾兩度獲得諾貝爾獎
放射性研究
1896年，法蘭西共和國物理學家貝克勒爾發表了一篇工作報告，詳細地介紹了他通過多次實驗發現的鈾元素，鈾及其化合物具有一種特殊的本領，它能自動地、連續地放出一種人的肉眼看不見的射線，這種射線和一般光線不同，能透過黑紙使照相底片感光，它同倫琴發現的倫琴射線也不同，在沒有高真空氣體放電和外加高電壓的條件下，卻能從鈾和鈾鹽中自動發生。鈾及其化合物不斷地放出射線，向外輻射能量。這使居里夫人產生了極大的興趣。
這些能量來自於什麼地方?這種與眾不同的射線的性質又是什麼?居里夫人決心揭開它的秘密。1897年，居里夫人選定了自己的研究課題--對放射性物質的研究。這個研究課題，把她帶進了科學世界的新天地。她辛勤地開墾了一片處女地，最終完成了近代科學史上最重要的發現之一——發現了放射性元素鐳，並奠定了現代放射化學的基礎，為人類做出了偉大的貢獻。
在實驗研究中，居里夫人設計了一種測量儀器，不僅能測出某種物質是否存在射線，而且能測量出射線的強弱。她經過反覆實驗發現：鈾射線的強度與物質中的含鈾量成一定比例，而與鈾存在的狀態以及外界條件無關。
居里夫人對已知的化學元素和所有的化合物進行了全面的檢查，獲得了重要的發現在：一種叫做釷的元素也能自動發出看不見的射線來，這說明元素能發出射線的現象決不僅僅是鈾的特性，而是有些元素的共同特性。她把這種現象稱為放射性，把有這種性質的元素叫做放射性元素。它們放出的射線就叫「放射線」。
她還根據實驗結果預料：含有鈾和釷的礦物一定有放射性;不含鈾和釷的礦物不一定沒有放射性。儀器檢查完全驗證了她的預測。她排除了那些不含放射性元素的礦物，集中研究那些有放射性的礦物，並精確地測量元素的放射性強度。在實驗中，她發現一種瀝青鈾礦的放射性強度比預計的強度大得多，這說明實驗的礦物中含有一種人們未知的新放射性元素，且這種元素的含量一定很少，因為這種礦物早已被許多化學家精確地分析過了。
她果斷地在實驗報告中宣佈了自己的發現，並努力要通過實驗證實它。在這關鍵的時刻，她的丈夫皮埃爾·居裡也意識到了妻子的發現的重要性，停下了自己關於結晶體的研究，來和她一道研究這種新元素。經過幾個月的努力，他們從礦石中分離出了一種同鉍混合在一起的物質，它的放射性強度遠遠超過鈾，這就是後來被列在元素週期表上第84位的釙。
幾個月以後，他們又發現了另一種新元素，並把它取名為鐳。但是，居裡夫婦並沒有立即獲得成功的喜悅。當拿到了一點點新元素的化合物時，他們發現原來所做的估計太樂觀了。事實上，礦石中鐳的含量還不到百萬分之一。只是由於這種混合物的放射性極強，所以含有微量鐳鹽的物質表現出比鈾要強幾百倍的放射性。
科學的道路從來就不平坦。釙和鐳的發現，以及這些放射性新元素的特性，動搖了幾世紀以來的一些基本理論和基本概念。科學家們歷來都認為，各種元素的原子是物質存在的最小單元，原子是不可分割的、不可改變的。按照傳統的觀點是無法解釋釙和鐳這些放射性元素所發出的放射線的。因此，無論是物理學家，還是化學家，雖然對居里夫人的研究工作都感到有興趣，但是心中都有疑問。尤其是化學家們的態度更為嚴謹。為了最終證實這一科學發現，也為了進一步研究鐳的各種性質，居裡夫婦必須從瀝青礦石中分離出更多的、並且是純淨的鐳鹽。
一切未知的世界都是神秘的。在分離新元素的研究工作開始時，他們並不知道新元素的任何化學性質。尋找新元素的唯一線索是它有很強的放射性。他們據此創造了一種新的化學分析方法。但是他們沒有錢，沒有真正的實驗室，只有一些自己購買或設計的簡單的儀器。他們出於工作效率的考慮，分頭開展研究。由居裡先生試驗確定鐳的特性;居里夫人則繼續提煉純鐳鹽。
1902年年底，居里夫人提煉出了十分之一克極純淨的氯化鐳，並準確地測定了它的原子量。從此鐳的存在得到了證實。鐳是一種極難得到的天然放射性物質，它的形體是有光澤的、像細鹽一樣的白色結晶，鐳具有略帶藍色的螢光，而就是這點美麗的淡藍色的螢光，融入了一個女子美麗的生命和不屈的信念。
在光譜分析中，它與任何已知的元素的譜線都不相同。鐳雖然不是人類第一個發現的放射性元素，但卻是放射性最強的元素。利用它的強大放射性，能進一步查明放射線的許多新性質。以使許多元素得到進一步的實際應用。醫學研究發現，鐳射線對於各種不同的細胞和組織，作用大不相同，那些繁殖快的細胞，一經鐳的照射很快都被破壞了。
這個發現使鐳成為治療癌症的有力手段。癌瘤是由繁殖異常迅速的細胞組成的，鐳射線對於它的破壞遠比周圍健康組織的破壞作用大的多。這種新的治療方法很快在世界各國發展起來。在法蘭西共和國，鐳療術被稱為居裡療法。鐳的發現從根本上改變了物理學的基本原理，對於促進科學理論的發展和在實際中的應用，都有十分重要的意義。
她一生兩度獲諾貝爾獎(一次獲得諾貝爾物理獎，一次獲得諾貝爾化學獎)。她是世界著名科學家。