בשנת 1896 גילה באקראי אנרי בקרל את תופעת הראדיואקטיביות כאשר השאיר במגירתו סרטי צילום חדשים ולידם חומר שהכיל אוראניום. כאשר פיתח את הסרטים גילה כי השחירו לגמרי כאילו נחשפו לאור. הוא הסיק מכך כי מהאוראניום נפלטת קרינה כלשהיא אשר פעלה על הסרטים בדומה לפעולת האור.
מארי ופייר התעניינו בתופעה והתחילו לחקור אותה.
באמצעות מכשיר מיוחד שפיתחה מארי גילו כי אחת מעופרות האוראניום (פילצ'בלנדה) פולטת קרינה ראדיואקטיבית חזקה יותר מזו של האוראניום עצמו. היא הסיקה מכך כי עופרת האוראניום מכילה חומרים ראדיואקטיבים יותר מאשר האוראניום עצמו.
בני הזוג החליטו לנסות ולהפיק את החומר עצמו מכמות גדולה של עופרת אוראניום. בשנת 1898 הצליחו להפיק מכמות עצומה של פילצ'בלנדה כמות השווה לכפית של החומר הנסתר. הם מצאו כי חומר
זה היה תרכובת של שני חומרים שלא היו מוכרים עד אז למדע. הם הוגדרו ע"י הזוג קירי ונקראו פולוניום ע"ש ארץ מולדתה של מארי, וראדיום.