玛丽翻阅了科学院的材料。在近期物理发明的总结报告中，有一份年轻学者柏克勒尔一年前公布的实验报告。比埃尔和玛丽是熟悉那些实验的。现在玛丽要对它进行专门的研究。柏克勒尔在研究稀有金属盐――铀盐的时候，发现它在黑暗中能放射出一种射线，这种射线象伦琴射线（就是X光，是德国科学家伦琴发现的）一样，能对感光胶片和验电器起作用。不同的是：铀盐的射线是自发产生的，不需要任何外界刺激。玛丽决定研究这些射线的性质和来源，把这个作为自己博士论文的题目。
经过几周的研究，玛丽得出了结论：铀的辐射同含钠化合物的化学组成没有关系，也不是由光照或温度等外界因素决定的。这种辐射是一种原子特性。她又进一步联想到：柏克勒尔刚好在铀身上发现了这一特性，这也许完全是偶然的。有谁知道，其他元素是不是也会释放这种射线呢？玛丽开始检验所有已知的化学元素。结果发现，除了铀以外，还有钍的化合物也能释放这种奇特的射线。玛丽建议把这种辐射现象叫做“放射性”，把钍和铀这些有辐射能力的元素叫做“放射性元素”。进一步的试验出现了完全意外的结果：沥青铀矿石的放射性，远比预计的强烈得多，事先的预计是根据这种矿石所含铀的数量做出的。在这种情况下，玛丽首先想到，可能是自己弄错了。但是玛丽上百次地重复这个试验，得到的是同样结果。这时侯她作出了一个大胆的假设：沥青铀矿石中，还含有另一种放射性很强的元素。
这个重要发现，使比埃尔也暂时停止了自己的晶体研究工作，积极投入了对新元素的研究。居里夫妇认为，新元素在沥青铂矿石中的含量，一定是极其微小的，可能只有百分之一，所以科学家们一直没有发现它（后来的试验证明，这种未知的元素在沥青铂矿石中还占不到百万分之一）。化学分析又给他们带来了新的意外，所有试验证明：沥青铀矿石中不只是存在一种，而是存在两种新元素。一八九八年七月，居里夫妇已经发现了两种新元素中的一种。比埃尔说：“你应该给它起个名字！”玛丽象往常一样，总是首先想到自己的祖国。她说：我们就叫它钋吧！”
一八九八年七月，他们在给科学院的报告《论沥青铀矿石中新的放射性物质》里是这样写的。“我们认为，在我们从沥青铀矿石中提出的物质中，还包含一种未知的元素，分析它的特性，得知它是和她同族的元素。如果这个新金属的存在被证实的话，那我们建议：以我们两人中一个人的祖国名字来命名它，把这个新金属叫做‘钋’。”艾芙后来写道：“选择这个名称说明，虽然玛丽已经成为法国人和法国物理学家，但是她仍旧没有失掉她青年时代对祖国的热爱。还有一件事也证明了这一点：他们给科学院的报告刊登在《总结报告》上以前，玛丽已经把一份手稿寄到华沙去了，寄给工农业博物馆馆长约瑟夫·博古斯基。玛丽最早的实验，就是在这家博物馆里做的。玛丽的报告在华沙《光明》日报的刊载和在巴黎的发表，几乎是同时进行的。”
居里夫妇来到奥维尔尼的乡村度夏。玛丽在这里租了一所农家小屋。即使是在这里，在假期中，两个人也没有忘记吸引了他们全部思想的东西，没有忘记他们所说的“新金属”。尤其是第二种还没有发现的金属，更使他们不得安宁。九月份他们回到了自己的实验室，以新的朝气和新的精力开始了进一步的探索。艾芙写道：“玛丽在日记上勾掉的几段话是值得引述一下的，尽管它们都是些很平常的话，但是也许正因为很平常才值得引述。”在包着灰色布面的学生笔记本上，年轻的妈妈一天一天地记录着小伊伦的体重，她的饮食和长乳牙的情况。在宣布发现钋一周之后，一八九八年七月二十日的一篇日记上这样写道，“伊伦用小手表示‘再见’。她已经完全会用四肢爬了，并且会说：‘走啊，走啊，走。’”
三个月后，玛丽又骄傲地记载道：“伊伦已经走得很好了，不再用四肢爬了。”一八九九年一月五日记的是：“伊伦已经有十五颗牙齿。”在十月十七日和一月五日这两段日记之间，我们还看到一段值得注意的记载：上述事实使我们做出如下判断，这种新的放射物质中，存在着一个新元素，我们建议把这个元素叫做镭。“这种新物质中肯定还含有较大数量的钡，但是尽管如此，它的放射性还是很强。由此可见，镭的放射性必定是巨大的。”
