Nå oppga Pierre sin egen forskning og begynte å samarbeide med Marie om å isolere dette nye grunnstoffet. De fant ut at radioaktiviteten kom fra vismut- og barium-fraksjoner i bekblenden. Marie arbeidet videre med vismut-fraksjonene. Da det lyktes å fjerne vismut fra disse fraksjonene ble restproduktet stadig mer radioaktivt. I 1898 hadde de et materiale som var 300 ganger mer radioaktivt enn uran. I en avhandling fra samme år beskriver de stoffet, som de mente inneholdt et ukjent metall med kjemiske egenskaper som ligner vismuts. De kalte metallet polonium etter Maries hjemland. I avhandlingen introduseres ordet for første gang. Etter ennå noen måneders arbeide fant de at det også måtte være et nytt metall i barium-fraksjonene. Det kalte de radium. Til støtte for hypotesen om de nye grunnstoffene var også nye, aldri før sette spektrallinjer.