Những nghiên cứu của nhà Bác học Marie Curie lúc đầu chỉ để làm luận án về sự Phát Xạ Tự Nhiên mà Becquerel đã khám phá năm 1896.

Từ năm 1898 bà thử tìm những đặc tính của sự phát xạ này một cách chính xác bằng cách đo cường độ tối đa (cường độ này rất yếu) của dòng ion hóa có thể phát ra trong không khí dưới tác dụng của nó.

Bà dùng tĩnh điện kế (électromètre = máy đo électron. Dòng điện phát sinh do sự di chuyển của điện tử) mà Pierre đã hiệu chính, rất thích hợp với những nghiên cứu của bà. Bà thử xác định bằng nhiều thí nghiệm phân tích xem có phải chỉ một mình quặng Uranium mới có sự phát xạ không. Bà khám phá ra rằng những hợp chất của Thorium phát ra cùng một loại tia.
Khoáng Uranium (Pechblende) còn hoạt động gấp bốn lần dự tính. Marie kết luận rằng nếu quặng Uranium hoạt động mạnh như thế là do sự hiện diện của những yếu tố gọi là Radioactif (chất phóng xạ) là những chất có đặc tính là tự biến ra chất khác rồi phát ra năng lượng trong quặng, nhưng với một lượng rất nhỏ nên khó thấy được bằng phương pháp phân tích hóa học cổ điển .

Lúc bấy giờ Pierre cộng tác với Marie. Họ lao vô công việc phân chia chất hóa học một cách nặng nhọc và tỉ mỉ . Thời kỳ đó cuộc nghiên cứu không được tài trợ như ngày nay, nhưng căp vợ chồng trẻ đã xin được một kho trống mà cách nhiệt rất kém, ẩm thấp trong khi mưa gió tuyết bất thường. Ông bà Curie làm việc với một người giúp việc tên André Debierne. Nhờ máy đo tĩnh điện, họ lấy được số đo phóng xạ trong những phần tạo ra do sự phân rã chất hóa học.

Tháng 7 năm 1898 họ khám phá ra chất phóng xạ đầu tiên, đặt tên là Polonium, để kỷ niệm quê hương của Marie.

Sự phân tích chất Baryum thu được trong lúc xử dụng khoáng uranium đã cho phép họ chứng tỏ rắng có một nguyên tố phóng xạ thứ hai hiện diện với một lượng rất nhỏ mà họ gọi là Radium và công bố sự khám phá của họ năm 1898 vừa nhấn mạnh rằng sự phóng xạ của chất này rất Cao.

Marie cũng lập ra một bảng ghi tất cả những nguyên tố phóng xạ được biết vào năm 1910. Những đặc điểm chung để trên cùng một hàng.
 

Những nguyên tố phóng xạ được biết năm 1910

Ảnh hưởng của chất phóng xạ trong xã hội

Ngày nay ta thường nghe  tin về những chất phóng xạ giết người hay các nạn nhân bị mắc bệnh ung thư vì chất phóng xạ xuất phát từ những vụ thử vũ khí hạt nhân...  Tuy nhiên  cũng những chất phóng xạ đó,  lúc đầu chỉ dùng để chữa trị ung thư. Sự khám phá ra những chất phóng xa đã mang lại nhiều phương tiện để nghiên cứu vể sự cấu tạo nguyên tử và nhân nguyên tử. Marie Curie đã tìm ra những áp dụng của chất phóng xạ trong ngành hóa học, trong ngành chữa trị và nhất là trong môn sinh học. Cách chữa trị Curie, được Pierre hiệu chính trước ngày đám cưới của họ, được kết hợp với ngành giải phẫu và ngành quang tuyến X để chống bịnh ung thư.

Marie quả quyết rằng nếu chất Radium nằm trong tay của kẻ giết người sẽ rất nguy hiểm. Bà thiết lập hơn 200 phòng quang tuyến trong Thế giới Chiến tranh lần thứ Nhất, bà đã cứu giúp cho hơn một triệu người bị thương.

Ngày nay, chất phóng xạ và quang tuyến X được dùng trong ngành Y khoa, trong ngành khảo cổ, ngành địa chất, trong sự trùng tu những tác phẩm nghệ thuật và bảo quản thức ăn. Trong tương lai gần ta hy vọng sẽ có những áp dụng mới có ích ra đời, với điều kiện những nhà khoa học phải hoà khớp khoa học và lương tâm.Thí dụ  việc khám phá ra tia X của Wilhelm Conrad Röntgen  tháng 11 năm 1895 tượng trưng cho cuộc cách mạng trong thế giới y khoa vì từ đó về sau, ta có thể "nhìn bên trong" cơ thể con người và sự khám phá ra chất phóng xạ nhân tạo do Irène và Frédéric Joliot-Curie vừa cho được khả năng chế tạo những đồng phân phóng xạ của tất cả những ngyên tố thiên nhiên vừa cho phép ngành Y khoa Hạch Nhân ló dạng. Những đồng phân cho ra những ứng dụng khác nhau, từ những nghiên cứu Y học cho đến những áp dụng chẩn đoán và trị liệu.