Aunque al principio tuvo que trabajar duro para ponerse a la altura de sus compañeros, ya que no hablaba bien francés y su base académica era más endeble, se licenció en Física en 1893 con el número uno de su promoción, y en Matemáticas un año después. Ese 1894 conoció a un profesor de Física de la universidad: Pierre Curie, y empezó a trabajar con él en el laboratorio. Un año después se casaron. Como regalo de bodas, recibieron algo de dinero que destinaron a comprar dos bicicletas con las que, tras adornar los manillares con flores, recorrieron la campiña de la isla de Francia y la Bretaña, alojándose en los sitios más modestos y sin apenas dinero para comer. Una verdadera luna de miel.
Tras titularse, decidió hacer el doctorado. Solo una mujer, la alemana Elsa Neumann, había conseguido doctorarse anteriormente. Marie buscó un tema con Pierre y encontraron una referencia del físico francés Henri Becquerel, en 1896, acerca de unas radiaciones de origen desconocido emitidas por el uranio, lo que ahora llamamos radiactividad. La principal fuente de uranio en esa época era un mineral llamado pecblenda y lo que llamó la atención de Marie y Pierre es que la pecblenda emitía más radiactividad que el uranio que se extraía de ella, por lo que pensaron que debía existir algún otro componente en el residuo que tuviese incluso más radiactividad que el propio uranio. Se pusieron manos a la obra, y nunca mejor dicho, pues con un trabajo enorme consiguieron procesar con sus manos ocho toneladas de mineral de pecblenda, y lograron obtener un gramo de sustancia radiactiva. También trabajaron con otro mineral llamado chalcolita y, a partir de esa ingente labor de purificación, consiguieron identificar dos nuevos elementos químicos, completamente desconocidos hasta entonces.
Al primero lo llamaron «polonio», en honor a la patria de Marie, fragmentada entre varias potencias y desaparecida del mapa político. Ese nombre debía servir para llamar la atención del mundo sobre la situación terrible que vivían su patria, su cultura y sus compatriotas. Era un mensaje a favor de la libertad de Polonia y del deseo de los polacos de recuperar su identidad como nación. Al segundo lo llamaron «radio», por su alta radiactividad. Esos nuevos elementos estaban en tan baja proporción, en tan pequeña cantidad, que la balanza no servía en este trabajo. Marie Curie, en su discurso tras recibir el Premio Nobel de Química, indicó que se abría el camino a una nueva química: la de los imponderables, los elementos imposibles de pesar.
Dentro de la pareja de investigadores que formaban los Curie, Marie se centró en purificar los nuevos elementos, y obtuvo datos suficientes para determinar su masa atómica y su número atómico, lo que permitió situarlos en la tabla periódica y posibilitó el trabajo de otros investigadores, como Rutherford y Soddy, que desarrollaron la teoría de la transmutación atómica, una hipótesis que postulaba que los átomos radiactivos se están transformando continuamente, lo que da lugar a otros elementos.
Pierre, por su parte, se centró en las características y posibles aplicaciones de los nuevos elementos. Sorprendido, vio que tenía una pequeña quemadura en el muslo y descubrió que lo había causado una muestra de material radiactivo que llevaba en el bolsillo. Llegó a colocarse durante un experimento una pequeña cantidad de radio sobre la piel, para ver cómo se iba formando lentamente alrededor un halo de células muertas. Pensó que eso podría servir también para destruir células malignas. La radioterapia, una nueva herramienta en la lucha contra el cáncer, había nacido.
En 1903, Pierre y ella recibieron la mitad del Premio Nobel de Física, mientras que la otra mitad fue para Henri Becquerel por sus descubrimientos sobre la radiactividad espontánea. Al principio solo se lo querían dar a Pierre, pero un miembro del Comité lo avisó y él contactó con los demás para reivindicar el trabajo de Marie. Si Marie no iba incluida en el premio, lo rechazaría.
El 19 de abril de 1906, Pierre Curie sufrió un trágico accidente en las calles de París. Era un abril lluvioso y, como tantas veces, Pierre se protegía caminando con su paraguas detrás de un coche de caballos. El cochero giró y se cruzó con otro carro que venía en dirección contraria. Pierre no lo vio venir hasta el último momento, intentó esquivarlo, resbaló y se agarró a uno de los caballos, que se encabritó. Enredado en los arreos del vehículo, estorbado por el paraguas y su ropa de invierno, Pierre cayó entre los caballos y una de las ruedas delanteras del carro le aplastó el cráneo. Murió en el acto. Ningún cochero quiso recoger el cadáver ensangrentado por no manchar los asientos y hubo que esperar horas a que llegara una camilla para poder recogerlo y llevarlo a la morgue.
Tras la muerte de Pierre la economía de la familia Curie quedó en una situación muy delicada. Se le ofreció a Marie una pequeña pensión que ella rechazó, y cayó en una profunda depresión en la que la acompañó el padre de Pierre, que se había trasladado a vivir con ella y la ayudó con el cuidado de sus hijas. Mientras, sus amigos universitarios explicaron a las autoridades académicas que ella era la única capaz de continuar la obra de su marido, la única que dominaba aquel nuevo campo del conocimiento. Finalmente, Marie, que no tenía otros medios de subsistencia, asumió la cátedra de Pierre. Por primera vez en los seiscientos cincuenta años de historia de la Universidad de la Sorbona, una mujer dictó las clases.
Cuando parecía que recuperaba una vida, la suya, a finales de 1911 empezó su particular calvario. El diario Le Journal publicaba una noticia en primera página con el siguiente titular: «Una historia de amor: Madame Curie y el profesor Langevin». Langevin estaba casado y tenía cuatro hijos. La entradilla detallaba: «Los fuegos del radio acaban de encender un fuego en el corazón de uno de los científicos que estudian tan devotamente su acción; y la esposa e hijos de este científico están llorando». El periodista seguía relatando que Marie Curie había roto una familia, dejando a cuatro niños en estado de orfandad. Otro diario, Le Figaro, publicaba una caricatura de Marie con un amplio escote y trenzas voladoras cuyo sombrero era un remedo de la cúpula de la Academia de Ciencias de Francia. El Excelsior, por su parte, publicaba un pseudoanálisis científico en el que el sujeto experimental era Marie Curie, e incluía dos fotos de ella con aspecto de ficha policial en las que se la veía cansada, con el cabello revuelto y una mirada fija que sugería peligro y perversión.
Fue, durante semanas, el tema y la comidilla de los diarios y los cotilleos. Se hacían especulaciones por escrito sobre si la relación ya existía antes de la muerte de Pierre, llegando incluso a sugerirse de forma velada que este, en realidad, se había suicidado por la infidelidad de su mujer y la traición de su amigo.
«No puedo aceptar la idea de que las calumnias y difamaciones de la vida privada puedan influir en el valor de la investigación científica».
Paul Langevin era cuatro años menor que Marie y había trabajado en el laboratorio con el matrimonio Curie. Fue un buen científico, experto en paramagnetismo y diamagnetismo, y se enfrentó a los nazis en la ocupación de París en la Segunda Guerra Mundial. Su vida familiar era infeliz y tuvo numerosas relaciones extramatrimoniales, además de la que mantuvo con Marie. La familia y los amigos intentaron ocultar la situación, pero el 23 de noviembre L’Oeuvre publicó algunos fragmentos de la correspondencia Curie-Langevin con el titular «Los escándalos de la Sorbona». En esas cartas, Langevin le habla a Marie de su vida, le explica que las noches que pasa con su mujer son atroces, que no duerme más de tres o cuatro horas. Marie, por su parte, le recomienda trabajar hasta tarde y levantarse temprano, le dice también que compartir cama con su esposa no le dejará descansar, le pide que no la deje embarazada una vez más. Parece que la esposa de Langevin encargó a un detective privado que obtuviera pruebas y consiguió robar la correspondencia de su despacho. Los biógrafos dan por sentado que esas cartas eran realmente de Marie, porque estaban escritas con las mismas frases categóricas con las que ella hablaba. Por bien que hables un idioma, si no es el tuyo materno, pierdes los matices y las frases suelen ser muy contundentes. El editor de L’Oeuvre, un ultraconservador, hizo el resto: manipuló los textos y seleccionó las partes más personales y salaces para inculparlos. La prensa amarilla no es un invento reciente.