瑪麗像其他卓越的理科學生一樣，一直在實驗室努力工作。她已經獲得兩個碩士學位和研究生獎學金，還寫了一篇關於回火鋼磁化作用的論文。她事業的下一步就是獲得博士學位，這也是最有誌向的學者所希望獲得的頭銜。為了獲得成功，需要發現某種未被發現的東西，或者解決一個未被解決的問題。其實世界上有很多未被解決的問題，其中一些問題也許根本沒有解決辦法。一個人可能用一生的時間來工作，最後卻發現自己一無所獲，而且還浪費了所有的時間和生命。莎士比亞[33]曾說過：自然有一個偉大的禮物是“緘默”。在所有的未知當中，瑪麗會選擇發現什麽呢？
皮埃爾是她所在實驗室的主任。她會采納他的建議，因為他是一個有著豐富知識和經驗的物理學家。他當然能提出一些必要的建議，一些能幫助人類並能引導人類探求未來知識的建議。但是，有沒有任何隱藏的無知阻擋了通往知識的道路呢？兩個人經常討論這個問題。一天，瑪麗在翻看一本討論最新發現的科學雜誌時，注意到亨利·貝克勒爾[34]一年前發表的一些著作。瑪麗和皮埃爾對這些著作很感興趣。她又讀了一遍，用心地研究。
有些物質自己會發光！它們沒有從太陽甚至星星那裏收集到光，但是自己會發光！這是怎麽回事兒呢？瑪麗對此很感興趣。
倫琴[35]最近發現了一種叫X光的新射線，醫生們已經把它用於透視人類肌膚以內的東西。接著，龐加萊感到疑惑，開始研究與X光類似的其他射線是否是“熒光性”物質在光的照射下放射出來的。貝克勒爾對這個問題也很感興趣，他對某種物質進行研究，看看能否找到假設存在的那些射線。通過對一種叫作鈾鹽的稀有金屬的研究，他發現一件極為驚人和新奇的事情：鈾鹽不接受任何光的照射就能自己發出射線。以前從來沒有人遇到過這樣的事情；也沒有人能理解或解釋這種射線的奇特性質。貝克勒爾知道一點兒相關信息：比如，把鈾的一種化合物放在黑紙包住的照相底片上，它可以透過黑紙使底片感光，而且能把周圍空氣變為導電體，使驗電器放電。這真是驚人的射線啊！
貝克勒爾發現了一個事實，那就是這種奇怪的輻射在世界上確實存在。瑪麗決定對它加以研究。這將是她博士論文的題目。這種物質可能非常小，但是應該逃不過她的眼睛。她會找出那種輻射來自哪裏，它的起源和影響是什麽，事實上是指它的性質是什麽，或者說簡單點兒，它是什麽。如果想找出某種物質是什麽，也就是要解釋這種物質。
沒有任何書籍可以參考，隻有貝克勒爾發表的幾篇學術報告，而這些報告對這個問題並沒有深入研究。世界上沒有人知道和她論文題目相關的知識，所以沒有老師可以教她。她正進入一個未知的領域，開始從事一種冒險的工作。
正如一個計劃探知巴西森林奧秘的探險家，需要一艘船把他帶到亞馬遜河一樣，瑪麗需要找個地方，她的實驗才能開始。這種地方不好找。皮埃爾詢問了周圍的朋友。但是沒有人能想出一個合適的地方來做如此重要的事情。理化學校的校長提出建議，學校大樓底層的貯藏室可能適合做這個研究。那個屋子裏到處是蜘蛛網，它們淩亂地罩在機器和雜物上，但是場地大小還可以。
在那個偏僻的角落，瑪麗安頓了下來。幸好她很快就適應了艱苦的環境。冬天，她不得不使自己滿足於十一攝氏度的溫度。這對她來說還是能忍受的，可是她的儀器非常脆弱，在困境中更容易出錯。當屋裏潮濕時，它們就會受影響，而且它們還需要穩定的溫度。靜電計是相當靈敏的，所以瑪麗不得不考慮這種儀器的性質，在做實驗時把環境造成的誤差考慮在內。
她開始了對鈾射線的研究。首先，必須對鈾射線做定量測量，測試它的“電離能力”。然後，查明它們怎樣使空氣變成導電體，多長時間之後才能使驗電器放電。
她的驗電器是一個金屬盒子，相對的兩側各有一個小孔。盒子裏麵有一個垂直的黃銅條B，頂上一端連接在蓋子內的一塊硫黃絕緣體SS上。一根水平的電線與B垂直連接，它的一頭連在圓形把手C上，另一頭連在電容器底盤P＇上。與B相連的還有一條金屬箔片L。這個金屬盒子和地麵相連。靜電荷通過驗電器，被測物質放在連接在盒子外部的電容器底盤P上。這種物質會通過空氣在P和P＇之間傳導，驗電器中的靜電荷會漏出。在漏電的過程中，金屬片L會逐漸與銅條B閉合。
瑪麗通過盒子上的一個洞用顯微鏡觀察裏麵所發生的事情。金屬箔片閉合的時間和鈾射線的能量成正比[36]。幾周之後，她就已經很確定鈾的放射性了——這種射線的強度——和她放在P上的樣本鈾元素含量成正比，它不受樣本化合物情形、陽光和溫度或外界環境的影響。可以說，它具有一種未知且獨有的性質。這種射線到底是什麽呢？
再繼續通過鈾來研究這種未知的輻射已經很難再取得什麽進展了。她想，難道這種微小、獨立、原始的特性也存在於鈾以外的其他物質當中？沒有人發現這一現象，但是我們沒有理由說它不會被人發現。瑪麗能為我們找出答案。她決定檢查“所有已知的化學物質”。這是多大的決心啊！所有已知的化學物質……！
可是，除了要研究所有已知的化學物質外，還有丈夫和家庭需要照料，她要給艾琳穿衣、喂飯，陪她玩耍和學習。但是瑪麗·居裏隻知道工作。一個猜測在她腦海中閃過，也許這個猜測會在所有人的腦海中閃過，但事實上沒有，這個猜測就是如果鈾元素能自發發出射線，在巨大的宇宙中，一定會有其他的物質也具有這樣的特性。
是的，確實有。瑪麗發現了另一種叫作釷的物質。之後，她把這些能自發放出射線的現象稱為“放射性”。
最終，她檢查了所有已知的化學元素，那些由無數不同的方式和比例構成的元素組成了整個世界。其中有兩種元素有放射性，這是怎麽回事呢？如何解釋這種奇異而美麗的現象呢？已經檢查過所有的已知元素了，她似乎無法更加接近她想要尋求的答案，還能做些什麽呢？
對世間萬物，瑪麗有非凡的好奇心。她決定去博物館，開始研究礦物。那些含有鈾或釷的礦物一定有放射性，當然，那些不含鈾或釷的礦物就不會有放射性。有人已經記錄下礦物的組成成分，瑪麗隻需要參照記錄，檢查那些有可能含有鈾和釷的礦物質就可以了。
當她發現一種放射性的礦物後，測量了其中鈾和釷的含量，然後測量整個礦物的放射性。一加一應該等於二，但是它們的結果是八！
1+1=8 ！！！
這種被測礦物的放射性要比其中鈾或釷的含量所預計的放射性強度大得多。但是，通過實驗，她知道這是不可能的。她不得不重新做實驗，因為一定是哪裏出了錯。
如果是實驗錯誤，那她就必須重新測試。但結果是一樣的。重複……重複……再重複，她重複測試了二十次，但結果完全一樣。
最終隻有一種解釋：這種礦物一定含有一種少量的、未被察覺的、比鈾和釷的放射性強得多的未知元素。
1898年，那時的確有一種人類先前未知的物質存在。瑪麗對布羅妮雅說：“我不能解釋的這種輻射，是由一種未知的化學元素產生的……這種元素一定存在，隻要找出來就行了！我們確信它存在，皮埃爾和我對一些物理學家說過此事，但是他們都認為是實驗的錯誤，並且勸我們謹慎。但是我深信我沒有弄錯。”
瑪麗非常激動，這種未知的元素會是什麽呢？她曾寫過這樣的話：“生活對每個人來說都不容易——但是那有什麽關係？我們應該有恒心，更要有自信！我們必須相信，既然我們有做某事的天賦，那麽，我們必須不計代價，把這件事做成。”
1898年4月12日，瑪麗正式宣布：“瀝青鈾礦和銅鈾雲母比純鈾的放射性強得多，這個事實值得我們注意。我們有理由相信，這些礦物中含有一種比鈾的放射性強得多的元素……”
她相信這種新元素一定存在，但是她必須看見它，讓人的眼睛見證它的存在。那時，皮埃爾·居裏熱切地關注著妻子的工作，並不斷和她討論，最後他幹脆放棄自己的研究，和她一起努力讓真相大白——找出那種未知的元素。兩個頭腦、四隻手在尋找那微小的物質。瑪麗發現了新元素。這是她的功勞。之後，她和皮埃爾共同承擔了所有的工作。
他們選擇研究瀝青鈾礦，因為它的放射性比其中所含鈾的放射性強了4倍。但是所有科學家都知道它的成分。居裏夫婦堅定地認為，這種新元素一定非常細微，以至於逃過了那些仔細的科學家的雙眼。他們猜測，這種新物質在礦石中的含量也許隻有百分之一。我們不知道，要是他們知道含量隻有百萬分之一的話，他們著手此項工作時會做何感想。
他們開始把組成瀝青油礦的各種物質分開，然後逐一測量所分開物質的放射性。研究表明，放射性主要集中於瀝青油礦的兩個化學部分裏麵，而且它們是兩種新物質。1898年7月，他們發現了這兩種物質其中的一種。
皮埃爾對瑪麗說：“你應該給‘它’定個名字。”
不同的想法閃過她的腦海。這個發現會聞名於世，每個國家都會報道，所以她想以自己被壓迫的祖國波蘭命名。於是她小聲地告訴皮埃爾這種物質的名字：“釙”[37]。
後來，她回家去做果凍，給艾琳洗澡換衣服，在日記本上記下孩子的體重，還記下孩子正在長乳齒，會用手勢“道謝”，已經會說“走哩，走哩，走！”了。
但休假的時間到了。釙和那種未知的物質——另一種新物質——被留在了潮濕的實驗室裏，兩個科學家帶著孩子和自行車搭乘火車去了奧弗涅山區。他們遊覽了很多小村落裏的大教堂，拜訪了奇山險峰上古老的小教堂，還參觀了死火山。兩個人邊走邊討論另外一種尚待發現的新物質——那種沒有人看見過的物質。他們在克勒蒙[38]觀看平頂山，就是在那裏，法國第一位英雄維爾琴蓋托裏克斯[39]讓不可一世的凱撒[40]嚐到了失敗的痛苦。他們漫步在埋葬貝特朗·杜·蓋克蘭[41]的小鎮上，正是這位偉人讓法蘭西成為一個民族。他們站在高處觀賞旁邊那條古老的道路，腓尼基[42]人正是沿著這條崎嶇不平的道路把錫從未開化的英國運到了文明的東方世界。所有過去的曆史仿佛再次呈現在他們周圍，並在他們的腦海中重現，就像一顆不停閃爍的星星，閃耀著神秘的光芒，而那種未知、將知的元素就隱含其中，可當時這種元素對所有人來說還是個迷。
到了秋天，居裏一家三人又開始工作了：艾琳又長出了幾顆新牙，已經學著用兩隻腳走路而不是滿地爬了，而她的父母在潮濕的實驗室裏繼續尋找那種未知物質。
1898年12月26日，在寫給科學院的報告中，他們低調宣布了第二種放射性元素的存在：“這種新的放射性物質中含有一種新元素，我們提議給它定名為鐳（Radium）……鐳的放射性一定極大。”