激動人心的科學時代
19世紀末，正當物理學家們為經典物理學的輝煌勝利舉杯祝賀時，正當一部分科學家宣稱物理學的大廈已經最初建成之時，從1895年(正是瑪麗和皮埃結婚的那一年)起，一係列從未預料到的偉大發現突然迅速地相繼湧現。首先是1895年12月德國物理學家倫琴發現X射線；接著，法國物理學家貝克勒爾於1896年3月發現鈾元素的天然放射性；再過一年，英國的物理學家J．J．湯姆遜又發現了電子……這一係列發現，在物理學家、化學家麵前展示出了一個光怪陸離、變幻莫測的神奇世界。
關於貝克勒爾發現放射性元素的消息報道後，並沒有在科學界引起轟動。而此時居裏夫人正麵臨的一個任務，是選擇博士論文研究的課題，於是她在大量文獻中尋找她感興趣的研究課題。在閱讀了近幾年的科學期刊後，居裏夫人注意到了貝克勒爾教授的關於鈾射線的論文。這種鈾射線頗有點神秘兮兮的，而且有一個問題讓她不明白：鈾射線的能量是從哪兒來的?這個問題也是一直以來困擾貝克勒爾和許多科學家的一個問題。瑪麗覺得這個問題很值得研究。她曾說過：這項研究很有吸引力，它是全新的，還沒有人做過深入的研究。在與皮埃商量了以後，她決定以這個問題作為自己博士論文的研究課題。
居裏夫人的決定聰明而又大膽。首先，這個能量來源的問題十分棘手，用已有的科學概念幾乎無法對它做出解釋，可瑪麗偏偏選中這種難度大、內容新穎的研究課題，非大智大勇者不敢為也!其次，當時世界上還沒有任何一個女人想要成為理科博士，她明白，要想同男人建立平起平坐的關係，她的論文必須有獨特的內容和實質性的科研成果。再次，居裏夫人也許是懷著又驚又喜的心情發現，貝克勒爾的重要發現尚未被人們重視，幾乎還沒有人做進一步的研究，因此選這個題目做研究，取得成功的機會會比較大。但與此相隨的困難是參考文獻太少，幾乎一切都得自己從頭幹起。瑪麗還發現除了貝克勒爾1896年提交的幾篇學術報告以外，再也找不到其他參考資料了。
1897年底，居裏夫人在皮埃的幫助下，在理化學校找到了一間以前用來存放東西的小房間作為她的實驗室。剛啟用時，房裏到處是厚厚的灰塵，黴氣的味道足可以讓人聞了就立即作嘔，而且，可以說什麼儀器都沒有。居裏夫人對這些困難都不在乎，她為有了可以做實驗室的地方而滿心喜悅：“好了，我開始有了自己的第一個實驗室!”
是的，這兒的確是居裏夫人的“第一個實驗室”。以後她又換過許多次實驗室，但這兒卻是起點站，而且她要研究的是如此重要的課題，因此，她興奮而滿意的心情是完全可以理解的。把必需的儀器籌備得差不多以後，居裏夫人立即開始著手重複貝克勒爾做過的實驗——測鈾射線的強度，可是這些方法無法做出定量的控製和測量。其實，貝克勒爾在發現鈾元素的天然放射性的時候，就發現它有3種效應：可以使照片底片感光、可以使氣體電離、對不同的物質具有不同的穿透力。但可惜的是他在發現新的輻射現象後，由於繼續沿用照相法進行測定，而無法做出定量分析，從而完全忽略了另外兩種效應。居裏夫人的高明之處，是她利用了新放射性的電離效應，從而可以用補償法測出鈾射線的強度。
通過以上非常細致和耐心的測量，她證實了鈾射線的強度僅與鈾化合物中鈾的含量成正比，與化合物的組成無關，也不受光照、加熱、通電等諸多因素的影響。這樣，居裏夫人進一步證實了貝克勒爾的結論：鈾射線的發射是一種原子過程。
當居裏夫人精確地、定量地測定了鈾射線以後，她作為一位優秀科學家的素質在這時充分地顯露出來了。她越是研究得深入，越是感到鈾射線具有一種非同尋常的性質，與以前所有的研究結果大不相同，於是，她正好在貝克勒爾止步的地方勇敢地向前邁出了—步，即，雖然現在隻觀察到鈾可以自動發射“鈾射線”，但是並沒有任何理由可以證明隻有鈾元素是惟一能發出這種射線的化學元素。別的元素就不能發射這種射線嗎?貝克勒爾也許是由於一種偶然的原因先在鈾元素裏發現了它，但若因此就把它設定為隻有鈾元素才具有的發射本領，那未免有些以偏概全了。
於是，她決定檢查“當時知道的所有元素”。她先找來幾種礦石和化學物品，一一做了試驗。1898年初取得的初步結果表明，絕大多數材料的遊離電流小於0．3×10-12安培，而瀝青鈾礦石可達到83×10-12安培，氧化鐵可達到53×l0-12安培。這樣，居裏夫人就得出了一個結論：釷也是一種放射性元素。她在4月12日的報告中寫道：
我們研究了貝克勒爾發現的空氣在鈾射線作用下導電率改變的情況，想弄明白，除了鈾化合物以外，其他物質是否也可以使空氣獲得導電的能力……兩種鈾礦物——瀝青鈾礦(氧化鋼)和銅鈾雲母(磷酸銅和磷酸鈉酸)的放射性要比鈾本身強得多。這個事實是非常值得注意的，它使人不得不認為，在這些礦物中顯然含有某種元素，而且它的放射性比鈾大得多……釷化合物的放射性是很強的。氧化釷的放射性甚至超過金屬鈾的放射性。釷射線的穿透本領也比鈾射線大。
在這關鍵時刻，居裏夫人在思想上發生了一個飛躍。她甚至還產生了一個大膽的設想：既然放射性是一種原子特性的表現，那麼更強的放射性當然表明有新元素的存在。
這種推理十分合乎邏輯，但它仍然隻是為新的放射性元素的存在提供一種推斷，進一步的任務當然就是要找到這種新的元素。居裏夫人那種說幹就馬上幹、要幹就幹到底的剛毅氣質，這時充分顯示出了它的作用。她知道要從礦石中提煉出這種極其微量的元素絕非輕而易舉的事，但她下定決心要投入到這一艱難而又意義重大的化學分析中去。發現一種新元素，這是一個色彩斑斕的、美麗的夢想，是一個非常吸引人的研究目標!從古到今幾千年，也不過才發現80種左右的元素，每種新元素都使發現它的幸運者在科學史上永久馳名，如果她能再增添一種，那該是一件多麼有價值的、多麼吸引人的研究啊!