I 1906, da Pierre døde i en trafikkulykke, ble Marie enke som 38-åring. Hun fikk tilbudt en pensjon, som hun avslo. I stedet overtok hun Pierres undervisningsforpliktelser ved Sorbonne og ble derved universitetets første kvinnelige foreleser. I 1908 ble hun også Sorbonnes første kvinnelige professor.