בשנת 1878 החל לעבוד כאסיסטנט במעבדת הכימיה בסורבון. שם החל לעסוק במחקר תכונות המאגנטיות של מתכות וגילה את הפיאזואלקטריות, הופעת מתח חשמלי בגבישים מוסיימים כאשר מפעילים עליהם לחץ.
בשנת 1894 פגש בסורבון את מארי סקלאדובסקה שהיתה באותה עת סטודנטית למדעים בסורבון. הם התאהבו ונישאו כעבר שנה ביולי 1895.
באותה שנה קיבל פייר את תואר הדוקטור שלו.