Marie fue institutriz hasta que, con 24 años, decidió viajar a París a estudiar Física en La Sorbona, aprovechando que Bronia, su hermana mayor, con gran esfuerzo económico de la familia, incluyendo el de Marie, se encontraba en esa ciudad estudiando medicina.

Antes, de 17 años, había participado en la Universidad Volante, una experiencia política e intelectual, iniciativa de jóvenes varsovianos rebeldes al sojuzgamiento que su país sufría por la Rusia imperial. Allí formó algunas de sus ideas positivistas, nacionalistas y sociales y se vinculó a jóvenes que, como Rosa Luxemburgo, se convertirían con el tiempo en líderes del socialismo europeo. Es esta primera formación positivista y el ejemplo familiar por el rigor conceptual propio de los estudios científicos, los que la orientarán con el tiempo, en Francia, a la búsqueda de la excelencia en la física experimental y le permitirán recibir, en 1903, en compañía de su esposo, el físico francés Pierre Curie, el premio Nóbel de Física por su descubrimiento de los elementos radiactivos Radio y Polonio que tantas aplicaciones tuvieron, más adelante, en los más diversos campos de la economía y los servicios públicos. Ese año fue particularmente intenso para el matrimonio Curie porque, junto con obtener aquel reconocimiento a la excelencia de su trabajo científico, Marie sustentó su tesis doctoral y, posiblemente a causa de la acumulación de efectos letales de la radiación sobre su cuerpo, perdió a su segundo hijo poco antes de su esperado nacimiento.