之後嘅幾年裏面，居里夫婦不斷噉提煉瀝青鈾礦石中嘅放射成分。努力不懈之後，佢哋終於成功分出咗氯化鐳，重發現咗兩種新嘅化學元素：釙（Polonium, Po, 84）同鐳（Radium, Ra, 88）。因為佢哋喺放射性上嘅發現同研究，居里夫婦同亨利·貝克勒爾一齊分享1903年嘅諾貝爾物理學獎，居里夫人亦因此成為歷史上第一個獲得諾貝爾獎嘅女性。八年之後嘅1911年，居里夫人又因為成功分離鐳元素而獲得諾貝爾化學獎。出乎意料嘅係，居里夫人喺獲得諾貝爾獎之後，冇為提煉純淨鐳嘅方法申請專利，而係將提煉方法公佈咗出來，呢種做法有效推動放射化學嘅發展。