瑪麗翻閱了科學院的材料。在近期物理髮明的總結報告中，有一份年輕學者柏克勒爾一年前公布的實驗報告。比埃爾和瑪麗是熟悉那些實驗的。現在瑪麗要對它進行專門的研究。柏克勒爾在研究稀有金屬鹽――鈾鹽的時候，發現它在黑暗中能放射出一種射線，這種射線象倫琴射線（就是X光，是德國科學家倫琴發現的）一樣，能對感光膠片和驗電器起作用。不同的是：鈾鹽的射線是自發產生的，不需要任何外界刺激。瑪麗決定研究這些射線的性質和來源，把這個作為自己博士論文的題目。
經過幾周的研究，瑪麗得出了結論：鈾的輻射同含鈉化合物的化學組成沒有關係，也不是由光照或溫度等外界因素決定的。這種輻射是一種原子特性。她又進一步聯想到：柏克勒爾剛好在鈾身上發現了這一特性，這也許完全是偶然的。有誰知道，其他元素是不是也會釋放這種射線呢？瑪麗開始檢驗所有已知的化學元素。結果發現，除了鈾以外，還有釷的化合物也能釋放這種奇特的射線。瑪麗建議把這種輻射現象叫做「放射性」，把釷和鈾這些有輻射能力的元素叫做「放射性元素」。進一步的試驗出現了完全意外的結果：瀝青鈾礦石的放射性，遠比預計的強烈得多，事先的預計是根據這種礦石所含鈾的數量做出的。在這種情況下，瑪麗首先想到，可能是自己弄錯了。但是瑪麗上百次地重複這個試驗，得到的是同樣結果。這時侯她作出了一個大膽的假設：瀝青鈾礦石中，還含有另一种放射性很強的元素。
這個重要發現，使比埃爾也暫時停止了自己的晶體研究工作，積極投入了對新元素的研究。居裡夫婦認為，新元素在瀝青鉑礦石中的含量，一定是極其微小的，可能只有百分之一，所以科學家們一直沒有發現它（後來的試驗證明，這種未知的元素在瀝青鉑礦石中還佔不到百萬分之一）。化學分析又給他們帶來了新的意外，所有試驗證明：瀝青鈾礦石中不只是存在一種，而是存在兩種新元素。一八九八年七月，居裡夫婦已經發現了兩種新元素中的一種。比埃爾說：「你應該給它起個名字！」瑪麗象往常一樣，總是首先想到自己的祖國。她說：我們就叫它釙吧！」
一八九八年七月，他們在給科學院的報告《論瀝青鈾礦石中新的放射性物質》裡是這樣寫的。「我們認為，在我們從瀝青鈾礦石中提出的物質中，還包含一種未知的元素，分析它的特性，得知它是和她同族的元素。如果這個新金屬的存在被證實的話，那我們建議：以我們兩人中一個人的祖國名字來命名它，把這個新金屬叫做『釙』。」艾芙後來寫道：「選擇這個名稱說明，雖然瑪麗已經成為法國人和法國物理學家，但是她仍舊沒有失掉她青年時代對祖國的熱愛。還有一件事也證明了這一點：他們給科學院的報告刊登在《總結報告》上以前，瑪麗已經把一份手稿寄到華沙去了，寄給工農業博物館館長約瑟夫·博古斯基。瑪麗最早的實驗，就是在這家博物館裡做的。瑪麗的報告在華沙《光明》日報的刊載和在巴黎的發表，幾乎是同時進行的。」
居裡夫婦來到奧維爾尼的鄉村度夏。瑪麗在這裡租了一所農家小屋。即使是在這裡，在假期中，兩個人也沒有忘記吸引了他們全部思想的東西，沒有忘記他們所說的「新金屬」。尤其是第二種還沒有發現的金屬，更使他們不得安寧。九月份他們回到了自己的實驗室，以新的朝氣和新的精力開始了進一步的探索。艾芙寫道：「瑪麗在日記上勾掉的幾段話是值得引述一下的，儘管它們都是些很平常的話，但是也許正因為很平常才值得引述。」在包著灰色布面的學生筆記本上，年輕的媽媽一天一天地記錄著小伊倫的體重，她的飲食和長乳牙的情況。在宣布發現釙一周之後，一八九八年七月二十日的一篇日記上這樣寫道，「伊倫用小手表示『再見』。她已經完全會用四肢爬了，並且會說：『走啊，走啊，走。』」
三個月後，瑪麗又驕傲地記載道：「伊倫已經走得很好了，不再用四肢爬了。」一八九九年一月五日記的是：「伊倫已經有十五顆牙齒。」在十月十七日和一月五日這兩段日記之間，我們還看到一段值得注意的記載：上述事實使我們做出如下判斷，這種新的放射物質中，存在著一個新元素，我們建議把這個元素叫做鐳。「這種新物質中肯定還含有較大數量的鋇，但是儘管如此，它的放射性還是很強。由此可見，鐳的放射性必定是巨大的。」