Em 1896 Henri Becquerel incentivou-a a estudar as radiações emitidas pelos sais de urânio, que por ele tinham sido descobertas. Juntamente com o seu marido, Marie começou, então, a estudar os materiais que produziam tais radiações, procurando novos elementos que, segundo a hipótese que os dois defendiam, deveriam existir em determinados minérios como a pechblenda (que tinha a curiosa característica de emitir ainda mais radiação que o urânio dela extraído). Efetivamente, em 1898 deduziram que haveria, com certeza, na pechblenda, algum componente liberando mais energia que o urânio; em 26 de Dezembro do mesmo ano, Maria Skłodowska Curie anunciou a descoberta dessa nova substância à Academia de Ciências de Paris.