錢三強在導師嚴濟慈教授的引薦下，來到巴黎大學鐳學研究所居裏實驗室攻讀博士學位。該實驗室是居裏夫人創建的，居裏夫人逝世後，由錒的發現者德比愛納教授任主任。但是實際上是居裏夫人的大女兒伊萊納主持。
伊萊納約裏奧—居裏夫人就是錢三強的導師。伊萊納像她的慈母居裏夫人一樣，潛心於科學研究，忘我勤奮，作風嚴謹，品格高尚，待人謙和、熱忱。在這樣一個導師的教導下學習，的確是一個難得的好機會。錢三強的住處距實驗室較遠。每天，天蒙蒙亮，錢三強就起床，匆匆吃點東西，趕乘地鐵，到實驗室，一直很晚才回住處。每天堅持十幾個小時的工作學習，錢三強並不覺得辛苦與單調，反而感到特別的充實愉快。
錢三強在實驗室裏主要是做“物理”工作，而放射源是要用化學方法製備的。因此，他很希望兼作“化學”工作。
一天，約裏奧—居裏夫人問錢三強：“錢先生，那位化學師你不是認識嗎？如果你回國做放射源，就需要學會化學工作，你就去和她學學吧！”
錢三強心裏十分高興，他想導師為我想得多麼周到！於是欣然答應了。
化學師葛勤黛夫人是一位有名望的科學技術專家。她放手讓錢三強獨立做釙的放射源。錢三強一絲不苟仿效著化學師的方法開始工作。化學師每隔一段時間便過來詢問指導。接著，又連續讓他做了4個放射樣品。做完後，化學師幫助錢三強測完放射源的強度，並告訴錢三強：“成了，3個基本一樣，1個略微差一點，但在允許誤差範圍內。”
化學師的評價，對錢三強的工作做了肯定。而他的勤奮與好學，又贏得了化學師和同伴們的信任，同時也使他獲得了真誠的合作。這一來就大大拓寬了他的科學研究領域。不久，他寫出30多篇科研論文。
為了使錢三強有更多的學習機會，約裏奧—居裏夫人又提議，讓錢三強到其丈夫約裏奧先生主持的法蘭西學院的原子核化學研究所學習，並允許他一段時間在這裏工作，一段時間到那裏工作。
在約裏奧先生實驗室工作，不僅向先生學到科學技術，還學到他的科學思想、科學道德。這使錢三強受益終生。
1939年1月的一天，約裏奧教授讓錢三強看一張照片，原來這是一張用雲霧室拍下的鈾受中子轟擊後產生裂變的碎片的照片。這是當時第一張直接顯示裂變現象的照片，是十分珍貴的。
不久，約裏奧—居裏夫人又邀請錢三強和她合作證明核裂變理論。在兩位導師的指導下，錢三強很快完成了博士論文——《α粒子與質子的碰撞》。
1940年錢三強獲得了法國國家博士學位。
錢三強是幸運者，能在兩位世界第一流科學家的教誨下學習、工作，使他很快進入了科學研究的前沿，還使他親眼目睹了人類一次偉大的科學發現——核裂變。
“啊！核裂變！”廣州市日旺機電設備廠肖師傅呆呆的看著廣東省成人科技大學《拓荒》文學社刁德榮社長。“傻B，都是書上說的。”《拓荒》文學社刁德榮社長也呆呆傻笑。不過，他又接著說了下去。
1946年春，錢三強與他的同行合作，經過反複實驗，終於發現了鈾核的三分裂和四分裂。這一發現不僅反映了鈾核特點，而且使人類能進一步探討核裂變的普遍性。導師約裏奧驕傲地說：“這是第二次世界大戰後，他的實驗室的第一個重要的工作。”為此，1946年底，錢三強榮獲法國科學院亨利德巴微物理學獎。1947年升任法國國家科學研究中心研究導師。