Spolu se svým manželem Frédericem dostala Nobelovu cenu (1935) za objev umělé radioaktivity (1935). Experimentovali s reakcemi, při nichž se uvolňuje neutron a pozitron, na jejich práce navázal Rutherford. Ve svých 40 letech zdědila po matce vedení Ústavu pro výzkum radia v Paříži a toužila z něj udělat lepší a nejmodernější ústav pro aplikace záření, zejména v medicíně. (Radium totiž bylo v té době tak populární, že se přidávalo do všeho, i do kosmetických přípravků.) Stala se tajemnicí francouzské vlády pro výzkum. Z jejích poznámek v zápisníku z roku 1938 plyne, že jako první pozorovala štěpení jádra - neuměla si to však vysvětlit, poslala proto výsledky