Marie deu aulas particulares para famílias ricas na Polônia e na França foi professora do nível fundamental. Ela acreditava que o ensino tinha que ser envolvente, propondo uma metodologia de ensino que além de conhecimento teórico desenvolvia experimentos, permitindo aos alunos o contato prático com o conhecimento. O trabalho de pesquisa desenvolvido por Marie Curie foi sobre radioatividade. Ela ganhou, em 1903, juntamente com seu marido e o cientista Becquerel, o prêmio Nobel de Física, tornando a primeira mulher a ser premiada com tal honraria. Com a morte do marido, em 1906, Pierre Curie, ela ocupa o seu lugar, sendo a primeira mulher a dar aulas de Física na Universidade Sorbonne. Ela sucedeu seu marido como chefe no laboratório de Física da instituição francesa. A descoberta dos elementos químicos rádio e polônio (uma homenagem à Polônia) conferiram à Marie Curie o Nobel de Química, em 1911, tornando-se a única pessoa no mundo a possuir dois prêmios Nobel em áreas científicas diferentes.

Em 1909, Émile Roux, diretor do Instituto Pasteur, idealizou o Instituto do Rádio para realização de pesquisa médica contra o câncer e o tratamento oncológico pela radioterapia. Em 1914, logo após o início da 1 Guerra Mundial, Institut du radium de Paris” foi inaugurado, formado pelos laboratórios complementares: Pavilhão Curie (Física e Química), dirigido por Marie, e o Laboratório Pasteur (focado em radioterapia), sob a responsabilidade de Claudius Regaud.

Marie, durante a Primeira Guerra Mundial, desenvolveu máquinas de raios-x, as Petites Curies (Pequenas Curies). Irène, sua filha, teve participação fundamental no atendimento aos soldados em combate com o uso da radiação. Em 1926, no Brasil, Marie e sua filha Irène realizaram conferências e experimentos na Escola Politécnica do Rio de Janeiro. A cientista ministrou um curso sobre o elemento rádio na instituição.O Instituto do Rádio foi o ambiente de pesquisa de Marie Curie até o fim de sua carreira, em 1934. Já Irène Curie foi pesquisadora no local até 1935. Atualmente, o pavilhão Curie do “Institut du radium de Paris” abriga o Museu Curie.

Após longa exposição à radiação em decorrência de seu trabalho, Marie Curie morreu em 4 de julho de 1934, aos 66 anos, sendo a causa da morte atribuída a leucemia/anemia aplástica, doenças adquiridas pela exposição a elementos radioativos.

Em 1903, Marie Curie defendeu sua tese “Pesquisa de substâncias radioativas”, considerada pela banca como a maior contribuição científica de uma tese de doutorado até então. Neste mesmo ano, ganha o prêmio Nobel de Física. A descoberta dos elementos rádio e polônio renderam à Marie Curie o Nobel de Química, em 1911. Apesar de serem os responsáveis pela descoberta dos elementos rádio e polônio, Marie e Pierre não quiseram patentear o feito, para que outros cientistas pudessem seguir as pesquisas sobre a radioatividade.

Marie Curie foi uma pesquisadora que contribuiu para o tratamento do câncer, enviando o gás que o elemento químico Rádio emanava para diversos hospitais pelo mundo para ser utilizado no tratamento de tumores por meio da irradiação.

Em 1920, o médico Eduardo Borges Ribeiro da Costa, especialista em retirada de tumores com bisturi, teve contato com os métodos difundidos por Marie, adotando a radioterapia no tratamento do câncer e criando, o Instituto do Radium de Belo Horizonte -  primeiro hospital a usar radioterapia no Brasil. Em 1926, Marie visitou o Brasil para uma convenção em Belo Horizonte, quando conheceu o Instituto de Radium de Belo Horizonte e doou duas agulhas de rádio voltadas para o tratamento do câncer. O maior desafio da radioterapia era encontrar a dosagem correta do elemento rádio para tratar os tumores, já que níveis elevados poderiam ser prejudiciais para os pacientes. A visita de Marie ao Brasil mudou esse cenário ao esclarecer as dúvidas sobre a prática no tratamento oncológico.

Na imagem, Marie Curie é a única representante do sexo feminino a fazer parte de um seleto círculo de cientistas da época, todos homens. As fotos foram tiradas na Conferência de Solvay (a primeira, em 1911, e a segunda, em 1927), com os grandes nomes da Física (Walther Nernst, Robert Goldschmidt, Max Planck, Marcel Brillouin, Heinrich Rubens, Ernest Solvay, Arnold Sommerfeld, Hendrik Lorentz (presidente), Frederick Lindemann, Maurice de Broglie, Martin Knudse, Emil Warburg, Jean Baptiste Perrin, Friedrich Hasenöhrl, Georges Hostelet, Edouard Herzen, James Hopwood Jeans, Wilhelm Wien, Ernest Rutherford, Marie Curie, Henri Poincaré, Heike Kamerlingh Onnes, Albert Einstein, Paul Langevin).

Ao manusear os metais radioativos, Marie Curie escrevia e desenhava em seus cadernos, que ficaram impregnados com os átomos de tudo que ela tocava. Desse modo, os cadernos serão mantidos, por ao menos um milênio e meio, dentro das caixas de chumbo (que conferem proteção devido ao seu alto peso atômico e aos correspondentes núcleos pesados​​), aguardando que futuro humanos possam voltar a tocar, sem vestir trajes especiais, o registro manuscrito da cientista mulher mais importante da História.