玛丽经常利用夏天水果上市的季节，去购买便宜的水果自制成果酱，以供冬天时食用。除了做实验外，玛丽还得煮饭、烧菜、洗衣、照顾小孩，并照料年迈的公公，所以她的手像工人般粗糙。
在发现“钋”的狂喜之中，也掺杂了玛丽寂寞的情绪。此时，布洛泥亚和卡基米尔要回波兰开疗养院，准备为祖国的肺结核患者服务。
彼埃尔和玛丽的研究工作从来没有间断过。这对因为发现“钋”而轰动世界的夫妇，在五个月后（12月26日）的科学学士院会上，又发表声明称发现了第二种新元素——“镭”。这是她们向科学界发出的第二炮。
钋和镭的发现，在学术界引起了一场震动。因为他们所发现的新元素的特性，推翻了长年以来学者们所坚信的物理学的某些法则。在以前，学者一直认为一定是受自外部的光，放射性物体的内部才会发出放射线来；但居里夫妻却发现了钋和镭的放射线是由本身内部自然放射出来的。
1898年12月6日法国的《论文汇编》上发表了他们的第二篇文章《论沥青铀矿中含有一种放射性很强的新物质》。
钋和镭的发现轰动了科学界，他们在文章中还给出了明确的实验对照：钋和镭的放射性比铀和钍强得多。底版在钋和镭的作用下三十秒即可得到极清晰的影像，而如果用铀和钍就要几小时才能得到同样的结果。但是，钋和镭只存在于居里夫妇的研究报告里，只存在于理论中。它们到底是什么样子？什么颜色？什么重量？谁也不知道，因为包括居里夫妇在内，还没有一个人看见过它们。
在科学界有一种很不好的现象，不少科学普及作品和某些科学史专著总喜欢千篇一律地把反对者、怀疑者描述成“顽固不化的”“阻碍科学前进的”势力，就连爱因斯坦也因不同意一些人对量子力学的诠释而背上了这种恶名。其实，在科学研究中如果没有各种各样的反对者、怀疑者，科学是根本无法前进一步的。
对于新元素的发现，化学家素来是十分谨慎的，一些化学家更是明确地表示：“没有原子量，就没有镭；把镭指给我们看，我们就相信你们，否则我们无法相信！”
为了平息各方面的怀疑乃至反对意见，居里夫妇必须设法提炼出纯净的钋和镭，并精确测出它们的原子量。为了把钋和镭指给不相信的人看，为了向世界证实这两种新元素确实存在，为了让人们看见它们的真面目，居里夫妇必须做这个工作。
于是，居里夫妇开始提炼纯净的钋和镭。居里夫妇在此后的四年中进行了科学史上最艰难地拼搏。从什么原料中提取纯钋和纯镭呢？这是他们首先要解决的问题。藏有钋和镭的沥青铀矿是一种很贵重的矿物，在欧洲，只有捷克西部波希米亚的圣约阿希姆斯塔尔矿炼制这种矿物，那是奥地利政府（当时捷克被奥匈帝国占领）开采出来用于制造玻璃的。同时，他们知道，沥青铀矿的价格十分昂贵，而他们需要的数量要以吨计，而他们根本买不起。
好在他们有自己的穷办法。他们想：沥青铀矿在提取了铀之后，其中所含的钋和镭肯定原封不动地留在残渣中，那么在废矿渣中就应该能找出它们来。天然沥青铀矿很贵，但提炼后留下的残渣就便宜多了。
他们委托奥地利的承绪斯教授和维也纳科学院商议购买矿渣的事宜。结果运气不错，奥地利政府决定免费赠与居里夫妇一吨“无用的”矿渣，并且表示如果两人以后还有需要，可以按最优惠的条件出售。
可是这段时期，居里夫妇的生活状况还是没有太大改变。彼埃尔的工资一个月只有五百法郎，现在有了小孩，又雇了一个女仆和奶妈，他们几乎入不敷出。彼埃尔仍然在理化学院任职，虽然他成果累累，却得不到提升。
1898年初，巴黎大学本来空出了一个物理化学教授的席位，彼埃尔也曾申请补这个缺，却遭到了拒绝。一位支持他的教授对他说：“同你竞争这个位置的是一位高等师范学校的毕业生，再加上有些数学家也不同意你入选——他们认为你的数学水平还不够，你能有什么办法？”
他们的存款已经消耗得差不多了。想到这里，两人的心情都很沉重。
一天早上，玛丽正想开始工作，彼埃尔递给她一封信说道：“玛丽，这封信是日内瓦大学寄来的。”玛丽以疑惑的神情读着这封信。
彼埃尔·居里先生暨夫人：
闻知先生及夫人有关镭的研究，深表钦佩。兹以下列条件聘请两位担任我校教授并负责指导实验所工作。
一、彼埃尔·居里先生担任物理教授。
（薪水一万法郎，房租津贴另计。）
二、先生同时指导物理学实验所。
（有关实验所需经费面议，实验器材可追加购买，并提供两名研究助理。）
三、夫人由实验所给予正式职位。
瑞士日内瓦大学校长
这是一份条件优越、语气诚挚的聘书。有了一万法郎的薪水，又可添购实验器材了，真是从天而降的大好消息。
彼埃尔有点动心，但是，第二天，玛丽却对彼埃尔说：“我想了一个晚上，我觉得我们还是不要接受这份聘书比较好。”
彼埃尔为之一楞，但随后也明白过来了，说道：“你说的对，玛丽，我也有同感。假如接了聘书，就得花好几个月来准备课程，无法再做镭的实验了；何况，这个实验要移到国外去，也没那么容易。如果不是远在日内瓦，而是在国内的话，那就可以接受了。”
彼埃尔耸耸肩，无可奈何地叹口气又说道：“但是，我们还是要为生活另外想想办法。我最近要辞去理化学校的教职，到医科大学预备学校去教书。”
玛丽说：“原谅我一直瞒着你，我也曾到凡尔赛附近的塞佛尔女子高等学校应征。”
“哦，结果呢？”
“他们打算聘我当客座教授，教一二年级的物理课。从7月29日开始，为期一年。”
“那太好了，可是你会更忙不过来啊！”
“这也是不得已的事，为了生活嘛。而且镭的实验也不能中断啊！”
艰苦的生活，并没有打败坚强的玛丽。
一天早晨，一辆负重马车停在了理化学院门口。居里夫人穿着工作服就跑到外面来了。看见人们把一些口袋往下卸时，她迫不及待地剪断绳子，打开了其中一个口袋，想看看她的宝贝沥青铀矿渣。这些气味难闻的矿渣竟成了居里夫人眼中的宝贝，她显得分外高兴，以至于路上的行人都用奇怪的眼光看着她。
在那破旧的棚屋里，居里夫妇开始了他们一生中最英勇的时期。
他们两人做了分工：彼埃尔身体不好，所以负责继续研究镭的特性。居里夫人则负责从矿渣中提取纯镭盐。她干的都是连工人干起来都吃力的重体力活，她每次要把二十千克的矿渣放进一个大锅里，用水加热直到沸腾，然后把这些沸腾着的溶液从一个罐子倒进另一个罐子里，以便反复沉淀。她在日记中写道：“我一次提炼二十千克材料，结果棚屋里放满了装着沉淀物和溶液的大瓶子。搬运容器，移注溶液，在铁锅边一连几小时搅拌溶浆，可真不是一件容易的事。”
提炼过程中需要硫化氢，而硫化氢是一种有毒气体，居里夫人的眼睛和喉咙被呛得很疼。他们没有通风罩，所以只能把这道工序放到院子里露天进行。如果碰到雨天，他们又得把实验设备搬到室内，把门窗全部敞开，让空气流通，否则他们会被刺鼻的浓烟呛得无法继续工作。点火、熔化、过滤、沉淀、倒出、再熔化……每天，居里夫人像一个锅炉工一样干着沉重的体力劳动。
居里夫人后来讲述道：
我们没有钱，没有实验室，而且没有人帮助我们把这件既重要又困难的工作做好。这真像是要从无中创造出有来。假如我求学生涯中的几年是姐夫从前说的“我的姨妹一生中的英勇岁月”，那么我可以毫不夸张地说，现在这个时期是丈夫和我的共同生活中的英勇时期。为了不中断重要的实验，我经常就在小铁炉上做点饭吃。有时我一整天都在院子里搅拌煮沸的溶液，使用的搅拌棍和我的个子一样高。到了傍晚，我累得连站都站不住了。
这真是人们永远不该忘记的“英勇时期”！居里夫人后来每次回忆起这段艰苦岁月，总说它是“我们生活中最美好的几年”。她还回忆道：我们这间可怜的棚屋安静极了。有时，我们来回踱步，一面留意着某个实验过程，一面谈论着目前和将来的工作。我们觉得冷的时候，就从火炉上取一杯热茶喝，提提精神。我们像做梦一样只惦记着一件事……
他们两人将体力用到了极限，而现实也向他们显示了极其残酷的一面，美好的理想有时也对这些残酷的现实无可奈何。彼埃尔开始感到全身疼痛，有时连起床和行动都感到困难。诊断的结果是关节炎，医生认为这是由于棚屋的潮湿造成的。医生叮嘱他节制饮食，不要吃肉，不要喝酒。居里夫人的情况更差，她面无血色、浑身乏力，有时像得了嗜睡症一样，整日昏昏沉沉的。
自从1897年老伴去世以后，老居里大夫一直与居里夫妇住在一起。他看到儿媳妇的身体越来越差，坚决要她去医院检查一下，担心她患上了肺结核——她母亲就是因为这种可怕的疾病而失去生命的。居里夫人听从了这个建议，到医院去做了检查，结果还好，她并没有得肺结核。
但是镭似乎想保持它的神秘性，不希望世人认识它。居里夫人每天仍在一千克、一千克地炼制着沥青铀矿的残渣。圣约阿西姆斯塔尔矿先后又给她送来好几吨沥青铀矿渣。每天，她既是学者、专业工人、技师，同时也是苦力。从前，居里夫人曾经认为矿渣里会有百分之一的镭，但是现在看来，恐怕含量能达到百万分之一就已经很理想了。工作日变成了工作月，工作月变成了工作年。在那漫长的、无法形容的艰苦日子里，这对夫妇几乎完全与外面的世界隔绝了，在这个木板屋里过着“反自然”的生活。
此后四年（玛丽三十一至三十五岁时），是他们为了探索世界奥秘最艰苦的时期。
夏天，炎热的仓库内弥漫着浓浓的烟雾，他们身上的工作服被灰尘和汗水渗透得脏兮兮，眼睛、喉咙也被烟熏呛得刺痛，可是他们仍努力不懈地用大锅炉提炼矿石。
实验室实在太狭窄了，他们只好把机器搬到外面工作。每到秋季，巴黎经常有突来的阵雨，因此他们又得匆匆忙忙地把机器搬进屋子里。
寒冬时，窗户也必须随时开着，免得气体无法排出去而导致中毒，因此他们往往冻得连握笔做纪录都成问题。
在有风的日子里，灰尘会吹入室内，吹走重要的卡片；有时工作进行得正顺利，伊雷娜却发烧生病了。
照顾孩子和老人、洗衣、煮饭……当玛丽把工作一件件做好时，已过了晚上10点钟了。此时，她又开始安排第二天的研究计划表、阅读参考论文……上床时往往已是凌晨两点。
这就是医生嘱咐必须静养的病人该过的生活吗？
第二年，第三年，一直都是这样过的。玛丽认为这时的生活，比起在阁楼上啃面包、喝白开水、趴在桌上为准备考试而忙碌的大学生活好多了。
居里夫妇不断地从奥地利购买沥青铀矿做实验，但是一直没有结果。
研究工作的困难及生活的艰辛使彼埃尔灰心了，但玛丽仍以坚强的意志鼓励他再接再厉。
他们每隔一年便发表一次研究报告，虽然没有什么突破性，却是物理学上有关放射能的重要报告，因此也颇受人们注目。