Marie Curie
Curien terveys heikkeni äkisti vuonna 1934. Hän tapasi viimeisen kerran sisarensa pääsiäisenä, ja laboratoriossa hän kävi viimeisen kerran toukokuussa. Lääkärit eivät kyenneet diagnosoimaan, mikä häntä vaivasi, mutta häntä kehotettiin menemään terveyskylpylään Sveitsin rajan tuntumaan. Geneveläiselle asiantuntijalle selvisi, että Curiella oli aplastinen anemia, jossa luuytimet eivät kykene tuottamaan tarpeeksi verisoluja. Curie kuoli Sancellemozin terveyskylpylässä Passyn kylässä perjantaina 6. heinäkuuta 1934. Curie haudattiin kaksi päivää myöhemmin Sceaux’n hautausmaalle aviomiehensä vierelle. 60 vuotta myöhemmin sekä Marie että Pierre Curie haudattiin uudelleen Panthéoniin.
Marie Curie
Curien tehdessä väitöstyötään fysiikan ainekäsitys muuttui. Vanhan atomikäsitteen, jonka mukaan atomi on jakamaton eikä sitä pienempiä osasia ole, murenemisesta oli ollut merkkejä jo vuoden 1897 aikana, kun J. J. Thomson suoritti omia kokeitaan katodiputkilla ja löysi elektronin. Tuolloin ei kuitenkaan vielä tunnettu atomin sisäistä rakennetta eikä siihen sitoutuneen energian määrää. Curiekaan ei vielä osannut arvata, mistä säteily oikein johtui. Hän ryhtyi tutkimaan kaikkia tuolloin tunnettuja alkuaineita. Vuonna 1898 hän havaitsi toriumin säteilevän uraaniakin enemmän. Toriumin ja uraanin aktiivisuutta kuvailevaksi sanaksi hän keksi ”radioaktiivisuuden”. Toriumin radioaktiivisuuden löytyminen antoi viitteitä siitä, että radioaktiivisuus johtui todella atomitason ilmiöstä. Marien löydettyä ilmiön Pierre jätti omat kidetutkimuksensa ja ryhtyi auttamaan vaimoaan. Saman vuoden heinäkuun 18. päivänä he ilmoittivat löytäneensä uuden alkuaineen, poloniumin, jonka Marie oli nimennyt isänmaansa Puolan mukaan.. Samana vuonna he ilmoittivat löytäneensä toisenkin alkuaineen, radiumin.