Мария стремилась продолжить образование, однако в Российской империи, в состав которой в то время входила Польша, возможности женщин получить высшее научное образование были ограничены. Перебиваясь репетиторством, Мария поняла, что не такой жизни она хочет. Тогда сестры Склодовские – Мария и Бронислава – договорились по очереди получить высшее образование. Они бросили жребий – первой должна была учиться Броня. Поэтому Маня, работая несколько лет гувернанткой, высылала весь свой заработок сестре, пока она училась в медицинском институте в Париже. Затем в 1891 году, когда Бронислава доучилась и вышла замуж, Мария в возрасте 24 лет смогла поехать в Париж, в Сорбонну. Там она изучала химию и физику, а сестра помогала ей материально.

Живя в холодной мансарде Латинского квартала, Склодовская училась и работала чрезвычайно интенсивно, жалея время на нормальное питание (а чаще просто не имея на него денег). Мария стала одной из лучших студенток университета и получила два диплома – физика и математика. Ее трудолюбие и способности привлекли к ней внимание преподавателей, и ей была предоставлена возможность вести самостоятельные исследования.

Весной 1894 году в доме одного физика-эмигранта Мария Склодовская встретила Пьера Кюри. Пьер был руководителем лаборатории при Муниципальной школе промышленной физики и химии. К тому времени он провел важные исследования по физике кристаллов и зависимости магнитных свойств веществ от температуры – его именем даже был назван специальный термин «точка Кюри». Мария занималась исследованием намагниченности стали, и ее польский друг надеялся, что Пьер согласится предоставить ей возможность поработать у него в лаборатории. В реальности же все зашло гораздо дальше.

К двадцати семи годам Мария вряд ли питала иллюзии по поводу своей личной жизни – она сознательно выбрала в любовницы науку. Тем более чудесной представляется эта неожиданно пришедшая настоящая любовь. Пьеру к тому времени исполнилось 35, он давно ждал женщину, которая смогла бы понять его научные устремления. В среде людей гениальных, где так сильны амбиции, где отношения отягощены сложностями творческих натур, случай Пьера и Марии, создавших удивительно гармоничную пару, – редчайший, не имеющий аналогов.

В 1895 году Пьер и Мария стали супругами. Они вместе колесили на велосипедах по окрестностям Парижа, обедали в маленьких деревенских тавернах и снова возвращались к исследованиям. Мария пыталась стать хорошей женой. Она теперь бегала с утра за продуктами на рынок, научилась готовить, но не хотела бросать лабораторию. Поэтому вскоре после рождения первой дочери, Ирэн, начала работу над докторской диссертацией, и тему выбрала более чем верно.

В 1896 году Анри Беккерель обнаружил, что урановые соединения испускают глубоко проникающее излучение. Заинтересовавшись этим явлением (которое она впоследствии назвала радиоактивностью), Мария Кюри решила заняться его изучением. Прежде всего она попыталась установить, существуют ли другие вещества, кроме соединений урана, которые испускают открытые Беккерелем лучи. В процессе работы она пришла к выводу о том, что из известных элементов радиоактивны только уран, торий и их соединения. Однако вскоре исследовательница поняла, что урановая руда, известная как урановая смоляная обманка, испускает более сильное излучение Беккереля, чем соединения урана и тория, – по крайней мере в четыре раза более сильное, чем чистый уран. Это дало основание сделать предположение, что в урановой смоляной обманке содержится еще не открытый и очень радиоактивный элемент. Весной 1898 года она сообщила о своей гипотезе и о результатах экспериментов во Французской академии наук, а затем супруги Кюри попытались выделить новый элемент. В июле и декабре 1898 года Мария и Пьер Кюри объявили об открытии двух новых радиоактивных элементов, которые они назвали полонием (в честь Польши – родины Мари) и радием.