Но так как Кюри не выделили ни один из этих элементов, они не могли представить химикам решающего доказательства их существования. И тогда супруги Кюри приступили к весьма нелегкой задаче – экстрагированию двух новых элементов из урановой смоляной обманки, для чего им необходимо было переработать огромное количество руды. Четыре года Кюри жили затворниками и работали в арендованном сарае-развалюхе, в котором зимой было очень холодно, а летом жарко, сквозь щели в крыше лились потоки дождя. Четыре года они на свои средства, без всяких помощников и грантов, выделяли из руды радий. Мария взяла на себя роль чернорабочего. В то время, когда супруг занимался постановкой тонких опытов, она переливала жидкости из одного сосуда в другой, несколько часов подряд мешала кипящий материал в чугунном тазу. В эти годы она все хозяйственные заботы взяла на себя, так как Пьер был единственным кормильцем в семье и разрывался между опытами и лекциями в университете. Муж и отец, он очень переживал за жену и малышку и даже предлагал отложить исследования до лучших времен. Но Мария не согласилась и, приложив неимоверные усилия, таки смогла выделить дециграмм белого блестящего порошка, с которым потом не расставалась всю жизнь (носила его запаянным в стекле как кулон на груди), а после смерти завещала Институту радия в Париже.

В сентябре 1902 года супруги Кюри объявили, что им удалось выделить одну десятую грамма хлорида радия из нескольких тонн урановой смоляной обманки (полоний выделить не удалось, поскольку он оказался продуктом распада радия). Признание и награды не заставили себя долго ждать – в июне 1903 года Мари представила в Сорбонне свою докторскую диссертацию, которая называлась «Исследования радиоактивных веществ», а в декабре этого же года Шведская королевская академия наук присудила Нобелевскую премию по физике Беккерелю и супругам Кюри. Мария Кюри стала первой женщиной, удостоенной Нобелевской премии.

И супруги Кюри, и Анри Беккерель во время исследований отметили действие радия на человеческий организм (они получили ожоги, прежде чем поняли опасность обращения с радиоактивными веществами) и высказали предположение, что радий может быть использован для лечения опухолей. Терапевтическое значение радия было признано почти сразу, и цены на радиевые источники резко поднялись. Однако Кюри отказались патентовать экстракционный процесс и использовать результаты своих исследований в любых коммерческих целях. По их мнению, извлечение коммерческих выгод не соответствовало духу науки, идее свободного доступа к знанию. Наивное человечество верило, что нашлась легендарная панацея от всех недугов и хворей.

На этой волне внимания прессы и общественности дела супругов пошли намного лучше. В октябре 1904 года Пьер был назначен профессором физики в Сорбонне, а месяц спустя Мария стала официально именоваться заведующей его лабораторией. В декабре у них родилась вторая дочь, Ева, которая впоследствии стала концертирующей пианисткой и биографом своей матери. Но относительное благополучие длилось недолго – в апреле 1906 года Пьер Кюри погиб в результате нелепого несчастного случая прямо на парижской улице. Как она пережила эту трагедию – трудно себе представить. Нельзя без волнения читать строки дневника, написанные в первые дни после похорон. «…Пьер, мой Пьер, ты лежишь там, как бедняга раненый, с забинтованной головой, забывшись сном… Мы положили тебя в гроб в субботу утром, и я поддерживала твою голову, когда тебя переносили. Мы целовали твое холодное лицо последним поцелуем. Я положила тебе в гроб несколько барвинок из нашего сада и маленький портрет той, кого ты звал «милой разумной студенткой» и так любил… Гроб заколочен, и я тебя не вижу. Я не допускаю накрыть его ужасной черной тряпкой. Я покрываю его цветами и сажусь рядом… Пьер спит в земле последним сном, это конец всему, всему, всему…»