居裏夫人對貝克勒爾的發現很重視，當時人們對新的射線知之甚少。為了揭開這一秘密，居裏夫人積極探索，進行著卓有成效的工作。在實驗設備非常簡陋的條件下，她著手進行鈾射線性質的研究工作。
居裏夫人借助於一個簡易的遊離室、一個測電器和一個壓電石英靜電計，運用電學測量手段，測定鈾的輻射強度。經過幾個星期的緊張工作，取得了初步成果。她在實驗中發現，鈾的輻射強度與所用鈾的數量成正比，與鈾所處的狀態沒有關係，不因鈾與其他元素相結合而受到影響；另外，這種輻射也不受光照和溫度變化的影響，與周圍環境無關。
除了鈾鹽以外，居裏夫人在研究中還發現，釷的化合物也能夠自發地向外放射出像鈾鹽輻射的射線。在當時人們已知的元素中，釷元素是僅次於鈾的最重的元素之一。除鈾和釷元素以外，在已經生產或在實驗中使用的諸多元素當中，還尚未發現任何其他天然元素能夠放射出這種射線來。
有一天，居裏夫人在檢查瀝青鈾礦的樣品時，她測量到有些混合物的放射性強度比鈾和釷強很多倍，這使她感到很奇怪。這種強有力的放射性來自何處呢？經過深入思考，她認為隻有一種可能的解釋：在這些礦物的樣品中，一定還含有某種數量很少的、然而其放射性非常強的物質。由此，居裏夫人預感到，在這些混合物裏，存在著尚未被人們認識到的新的放射性元素。居裏夫人的這一想法，對居裏也是一個鼓舞，進而居裏決定放下手邊的工作，與夫人一起從事新元素的探索工作。他們試圖從放射性最強的瀝青鈾礦中提取這種物質。
然而，要從瀝青鈾礦中把這種元素分離出來，可不是一件容易的事情。他們做過預測，在以往最嚴密的化學分析中，總是從化學家眼皮底下溜過去的這種元素，其含量最多也隻是占瀝青鈾礦的百分之一。對於居裏夫婦來說，他們做的預測實在是太樂觀了。他們哪裏會想到，他們需要尋找的這種新元素占瀝青鈾礦竟然還不到百萬分之一，這項工作簡直猶如大海撈針。
為了分離出這微量的元素，需要大量的瀝青鈾礦石。為了解決原料問題，他們想方設法爭取支持。鈾鹽是製造玻璃的原料，而瀝青鈾礦是從奧地利的約希姆斯塔爾開采出來的，但價格昂貴。不過提取了鈾之後的礦渣是很便宜的。居裏夫婦從礦山得到廢渣的樣品之後，經測定果然如他們所猜測，其放射性如同原鈾礦石一模一樣。這樣他們去詢問奧地利的有關方麵，能不能以較低的價格購進。礦山董事會的回答是令人鼓舞的，他們決定免費送給居裏夫婦礦石的廢渣，但要他們自己付運費。
下麵的問題就是要找一個簡易的實驗室，可到哪裏去找呢？他們想來想去，隻有把一個破木棚做臨時實驗室。這個木棚很簡陋，玻璃棚頂連雨都擋不住，地麵鋪著瀝青，家具隻有兩張廚房用的舊桌子，還有一塊黑板，一個生了鏽的舊爐子。冬天，這間木棚簡直就是一個大冰箱；可到了夏天，玻璃頂棚使這間木棚又變成了一個悶熱的大暖房。這對年輕的夫婦就是在這樣艱苦的條件下，開始了他們的偉大事業。