לאחר גילוי הראדיום התרכז פייר בחקר קרינת הראדיום ואת השפעת המאגנטיות עליה. הוא גילה כי חומרים ראדיואקטיבים פולטים סוגים שונים של קרינה ראדיואקטיבית, קרינה חיובית, קרינה שלילית וקרינה נייטרלית. לאחר זמן נקראו קרינות אלו, אלפא, ביתא וגמא. מחקרו זה פתח את הדרך להבנת הדרכים לשימוש בקרינת ראדיואקטיבית לריפוי מחלות.
בשנת 1903 זכה פייר קירי יחד עם אשתו מארי ועם המדען אנרי בקרל בפרס נובל לפיזיקה על מחקרם בנושא הראדיואקטיביות ועל גילוי הראדיום.
בשנת 1904 מונה לפרופסור ובשנת 1905 נבחר לחבר באקדמיה למדעים.
פייר קירי נהרג בתאונת דרכים בשנת 1906 בהיותו בן 47 בלבד.
מארי המשיכה לבד במחקרם ובשנת 1911 זכתה בפרס נובל נוסף בכימיה והיתה למדען הראשון ולאישה הראשונה שזכתה בשני פרסי נובל.
מחקרם וחייהם שהוקרבו כל כולם לעבודת המחקר העמידו אותם בשורה הראשונה של מדעני העולם אשר פרצו וסללו את הדרך למחקר והבנת הפיזיקה והכימיה המודרנית.