瑪妮雅像所有傑出的物理學家那樣在實驗室裏勤奮地工作著。她已是一個研究員，並且獲得了兩個碩士學位，曾發表了有關淬火鋼磁化的論著。她今後進一步的奮鬥目標就是學者們所渴望的博士學位了。但是，要想獲得博士學位，就必須有所發現，解決某一個尚未解決的問題。而世界上還未解決的問題很多，有些問題可能耗盡你畢生的精力，研究了一輩子，結果仍還是沒法解決。在這茫茫的未知世界裏，瑪妮雅將去探究什麼呢？
瑪妮雅躊躇了好幾個星期。她必須選一個可以充分發揮的新穎的研究題目。從這裏體現了她特有的性格：走最艱難的路。瑪妮雅翻閱了科學院的材料。在近期物理發明的總結報告中，有一份年輕學者柏克勒爾一年前公布的實驗報告。比埃爾和瑪妮雅都是熟悉那些實驗的。現在瑪妮雅要對它進行專門的研究。
柏克勒爾在研究稀有金屬鹽——鈾鹽的時候，發現它在黑暗中能放射出一種射線，這種射線像倫琴射線一樣，能對感光膠片和驗電器起作用。不同的是鈾鹽的射線是自發產生的，不需要任何外界刺激。
瑪妮雅決定研究這些射線的性質和來源，把這個作為自己博士論文的題目。經過幾周的研究，瑪妮雅得出了結論：鈾的輻射同含鈾化合物的化學組成沒有關係，也不是由光照或溫度等外界因素決定的，這種輻射是一種原子特性。她又進一步聯想到：柏克勒爾剛好在鈾身上發現了這一特性，這也許完全是偶然的。有誰知道，其他元素是不是也會釋放這種射線呢？
瑪妮雅開始檢驗所有已知的化學元素。結果發現，除了鈾以外，還有釷的化合物也釋放這種奇特的射線。瑪妮雅建議把這種輻射現象叫做“放射性”，把釷和鈾這些有輻射能力的元素叫做“放射性元素”。進一步的實驗出現了完全意外的結果：瀝青鈾礦石的放射性遠比預計的強烈得多，事先的預計是根據這種礦石所含的數量做出的。在這種情況下，瑪妮雅首先想到，可能是自己弄錯了。但瑪妮雅上百次地重複這個實驗，得到的是同樣結果。這時候她作出了一個大膽的假設：瀝青鈾礦石中，還含有另一種放射性很強的元素。這個重要發現，使比埃爾也暫時停止了自己的晶體研究工作，積極投入了對新元素的研究。
居裏夫婦認為，新元素在瀝青鈾礦石中的含量，一定是極其微小的，可能隻有百分之一，所以科學家們一直沒有發現它（後來的試驗證明，這種未知的元素在瀝青鈾礦中還占不到百萬分之一）。化學分析又給他們帶來了新的意外，所有實驗證明：瀝青鈾礦石中不隻是存在一種，而是存在兩種新元素。
1898年7月，居裏夫婦已經發現了兩種新元素中的一種。
比埃爾說：“你應該給它起個名字！”
瑪妮雅像往常一樣，總是首先想到自己的祖國。她說：“我們就叫它釙吧！”
1898年7月，居裏夫婦在給科學院的報告《論瀝青鈾礦石中新的放射性物質》裏是這樣寫道：“我們認為，在我們從瀝青鈾礦石中提出的物質中，還包含一種未知的元素，分析它的特性，得知它是和鉍同族的元素。如果這個新金屬的存在被證實的話，那我們建議：以我們兩人中一個人的祖國的名字來命名它，把這個新金屬叫‘釙’。”
選擇這個名稱說明，雖然瑪妮雅已經成為法國人和法國物理學家，但她從沒失掉對祖國的熱愛。
在1899年1月5日和10月17日瑪妮雅的兩段日記之間，我們看到了一段值得注意的記載：“……上述事實使我們做出如下判斷：這種新的放射性物質中，存在著一個新元素，我們建議把這個元素叫做‘鐳’。”
“這種新物質中肯定還含有較大數量的鋇，但盡管如此，它的放射性還是很強，由此可見，鐳的放射性必定是巨大的。”
發現了兩個新的放射性元素，對年輕的瑪妮雅來說應該滿意了。但她把這僅僅看成她工作的開始。她又為自己提出了第二個任務：拿到純淨的鐳。
人們都覺得她不可能完成這個任務，瀝青鈾礦石中鐳的含量少得可憐，要想把它分離出來，需要加工幾噸重的礦石才行。瀝青鈾礦是非常珍貴的礦物，在歐洲，隻有捷克有這種礦物，那裏正在開采。
天才的想象力幫助了居裏夫婦，他們估計，從瀝青鈾礦石中提取了鈾以後，釙和鐳的成分在礦渣中仍舊保留著。幸而在捷克，這種廢礦渣堆滿了沙荒地。由於維也納科學院的說情，奧地利政府寬厚地同意讓出幾噸廢礦渣，來滿足這兩位“怪癖人”的需要。
剩下的就是要找一所合適的房子，以便在裏麵加工提煉瀝青鈾礦渣中的新元素。比埃爾尋找了好長時間，終於在理化學校的校園裏找到了一所被遺棄的木板房。房子裏麵沒有地板，直接露著泥地，上麵的玻璃房頂殘缺漏雨。
終於有一天，渴望已久的瀝青鈾礦渣運到了。急得發抖的瑪妮雅再也按捺不住了，一定要立刻打開口袋，看看自己的寶貝。她剪斷繩子，解開厚布口袋，立刻就把雙手插進了深棕色的礦渣中。鐳就藏在裏麵。這種礦石渣即使堆積如山，瑪妮雅也要從中把鐳找出來。瀝青鈾礦渣看上去像曬幹了的泥沼，像灰塵一樣。
後來，瑪妮雅回顧這場持續4年之久的奪鐳之戰，她認為那是她和比埃爾一生中最英勇的時刻。實驗開始後的第一年，他們兩人就被迫進行了分工，瑪妮雅承擔的是比較繁重的適於男人幹的工作。比埃爾在屋裏的長桌旁，用物理儀器檢查鐳的特性；而瑪妮雅在院子裏，穿著被酸腐蝕壞的舊工作服，在熏眼和嗆嗓子的煙霧中，忙於提煉純鐳鹽。後來瑪妮雅自己寫道：