Mot slutten av 1930-tallet led Joliot-Curie mer av tuberkulose og tilbragte uker og måneder i Alpene for å komme i form. Selv om hennes helse forverret seg innledet Joliot-Curie forskning om uran og etter mange eksperimenter publiserte hun forskningsresultater som tydet på at hun hadde oppdaget en ny radioisotop som ligner lantan. Den tyske forskeren Otto Hahn syntes at Joliot-Curie hadde feil med sin forskning og kom også til å meddele dette til Joliot-Curies mann der han forringet hennes forskning. Til tross for synspunktene fra Hahn utførte Joliot-Curie eksperimentet på nytt og fordi hun fikk samme resultat gjenpubliserte hun dette. Det Joliot-Curie ikke innså var at hun var tett ved å oppdage kjernespaltning, og i stedet ble det Otto Hahn som, etter å ha utført samme eksperimenter som Joliot-Curie, ble tildelt Nobelprisen i kjemi i 1944 for oppdagelsen av kjernespaltning.