瑪麗終於答應嫁給比埃爾了，兩個人的愛情有了完美的結局。
回到巴黎後，瑪麗和比埃爾就開始籌辦婚禮。１８９５年７月２６日，瑪麗與比埃爾舉行了簡單而莊重的婚禮。
比埃爾和瑪麗的生活並不像別的新婚夫婦那樣浪漫，而是十分的別致。他們常常騎著自行車，在路上漫遊。有時候，他們就坐在樹林中空地的苔蘚上，隨便吃一點麵包、幹酪當作午餐。晚上，他們便到附近的客店去投宿。
１８９７年９月１２日，瑪麗生下了一個美麗的女嬰，他們給女兒取名伊雷娜。
鐳的發現
瑪麗在生下女兒伊雷娜之後，身體狀況一直不太好，但瑪麗卻積極地為下一個目標努力——考取博士學位。
瑪麗細讀物理學方麵的最新著作，想找出一個論文題目來，因為她必須選一個能充分發揮的新穎的研究題目。瑪麗不停地跑了所有的圖書館，查閱了所有的最新研究報告，最後終於被法國物理學家亨利、柏克勒爾的一份報告所吸引了。因為柏克勒爾的報告不但是一項富於啟發性的研究，還是一項未完成的、待人去做深一步探討的研究。
瑪麗產生了一種強烈的研究欲望，究竟這種叫做鈾的射線的能量來自哪裏？為什麼別的物質沒有同樣的能量呢？
頑強的瑪麗決定選這個課題進行研究。這是一項以前從未有人提出過的課題，沒有任何資料可以用來作為指導。
經過幾個星期的埋頭實驗，瑪麗的實驗有了初步的結果。她發現鈾的射線很獨特，它不受光和溫度以及它本身以外任何東西的影響，這究竟是一種什麼射線呢？這些發現在外行人看來，並不覺得有什麼了不起，但是對於學者們卻有著極大的吸引力。
瑪麗覺得單靠研究鈾，無法深入了解這種奇特的放射現象。因此她決定從鈾以外的其他物質著手。瑪麗扔下了對鈾的研究，決定檢查所有已知的化學物質。
一連幾天，瑪麗都沒有按時回家吃飯，比埃爾騎著自行車來到實驗室。看到他走進實驗室，瑪麗激動地說：“比埃爾，我正要告訴你，我決定把眾多物質能自發地放射出同樣強度射線的現象，稱作‘放射能’，你看好不好？”
比埃爾當然讚成妻子的想法。
瑪麗的直覺告訴她，這種能量一定存在於礦物質中，她要以實驗證實自己的假定，必須用眼睛看到它！
比埃爾熱切關注著妻子實驗的進展，他雖然沒有直接加入工作，可是，卻時常以他的意見和勸告幫助瑪麗。最後，他決定暫時停止自己在結晶體方麵的研究，把他的力量用來與瑪麗一起尋找這種新物質。
現在，奮鬥的力量增加了一倍，在潮濕的小實驗室裏，有兩個頭腦，四隻手在一起勞動。從此以後，居裏夫婦的工作中就不可能分辨出哪一部分是哪一個人的成績了。
１８９８年７月，瑪麗成功了，他們發現了除鈾之外的又一種新的元素。這個消息響徹了巴黎、法國乃至全世界的科技界上空。
比埃爾讓瑪麗給這種新元素起個名字。瑪麗的思緒一下子飛回到了祖國，為了紀念祖國對自己的養育，為了讓狂妄的壓迫者們知道波蘭人的聰明才智，瑪麗決定叫它“釙”，因為釙和波蘭這個詞的詞根相同。
發現釙元素之後的第五個月，居裏夫婦又發現了一種新元素。它是在瀝青鈾礦中發現的，比鈾的放射性還要強百倍，瑪麗叫它“鐳”。
這個消息使物理界和科學界都震驚了。居裏夫婦竟然接連發現了兩種新元素，這不能不讓人刮目相看。