За последующие полгода супруги исследовали еще одно соединение с высокой радиоактивностью. В соединении присутствовала ничтожная доля бария — и неизвестный элемент (Кюри назвали его радием), испускающий очень мощный лучевой поток. Рассказав о своем открытии членам Французской академии наук, супруги поставили себе цель извлечь радий и полоний из соединений, но для этого им требовались материалы, специально оборудованное помещение и ассистенты, а денег катастрофически не хватало. Минералы, содержащие данные два элемента, можно было найти только в Богемии, и стоили они слишком дорого. Поэтому ученым пришлось довольствоваться отходами производства урана, которые им согласилась поставлять почти даром Академия наук Вены.
Полуразваленный сарай, принадлежавший Школе физиков, был превращен в лабораторию. Протекающая кровля, несколько грубо сколоченных деревянных столов, старая чугунная печка, котлы — вот и все, чем располагали физики-экспериментаторы. Полы и вытяжки в сарае отсутствовали, так что в дождь приходилось работать с распахнутыми настежь окнами, а в солнечную погоду переносить все примитивное оборудование на улицу.
Когда минералы были разделены на более простые составляющие, Мария поручила Пьеру как можно глубже изучить характеристики радия, а сама направила все усилия на получение чистых солей радия и полония (соединений с хлором, серой и водородом). Процесс был очень сложный и кропотливый. Чтобы перегнать 20 кг вещества, женщина заставляла всю «лабораторию» массивными котлами, кипятила материалы в воде, подолгу мешая ее железным стержнем, а когда выпадал осадок, переливала жидкость из одного чана в другой.
Из-за сложностей с выделением солей полония Мария решила оставить эту затею и полностью сконцентрироваться на радии. Добытое соединение Кюри досконально изучили и разослали для исследования всем заинтересованным физикам, в том числе Беккерелю. Результаты своих экспериментов они изложили в статьях, поведав, какие эффекты вызывают испускаемые солями лучи (в том числе передачу радиоактивности предметам посредством облучения), как на них действует магнитное поле и из чего состоит поток. Так, было определено, что лучи подразделяются на несколько видов: положительно заряженные альфа, отрицательные P и коротковолновые гамма. Кроме того, дабы пронаблюдать влияние радия на организм, Пьер облучил собственную руку, а затем детально описал процесс образования ожога и последующего продолжительного лечения.
После доклада Кюри радий стали добывать чуть ли не во всех странах Европы, причем именно тем способом, что придумали супруги. Это побудило одного крупного промышленника финансировать их дальнейшие исследования и даже выделить им под лабораторию часть своего завода. Теперь Кюри могли брать рабочий материал прямо на заводе и сразу же очищать его в лаборатории, добывая соли радия. За два года Марии удалось выделить 0,1 г хлорида радия, что было непросто, ведь в минерале соотношение этого элемента и урана составляет 0,3 г на тонну. Попутно ученая приблизительно вычислила атомный вес радия — 225, что означало: атом данного элемента в 225 раз тяжелее