Sie führte den Begriff Radioaktiv in die Wissenschaft ein. Zusammen mit ihrem Mann hat sie in einem Schuppen aus Tonnen von Material das Element Plotonium isoliert. Sie stammt ursprünglich aus Polen, daher die Benennung. Auch das Element Radium haben sie isolieren können. Hierfür erhielt sie 1911 den Nobelpreis für Chemie.
Im Ersten Weltkrieg arbeitete sie zudem im französischen Gesundheitswesen beim Aufbau eines radiologischen Dienstes, manchmal unmittelbar an der Front. Nachdem sie den Aufbau mehrerer fahrbarer und stationärer Röntgenanlagen organisiert hatte, erlernte sie das Fahren eines LKW, um im Notfall selbst die Anlage zum Einsatzort fahren zu können.
Sie prägte das Wort „radioaktiv“.
Sie hat die Elemente Polonium und Radium entdeckt (mit ihrem Mann) und die Radioaktivität erforscht, deren Namen sie auch einführte.