Feleségével Marie Curiével 1898-ban felfedezték a polóniumot, valamivel később a rádiumot.
Pierre elsősorban az új sugárzások fizikai tanulmányozásával foglalkozott (a fény- és vegyi hatásokat beleértve). A mágneses tereknek a rádium által kibocsátott sugárzásra gyakorolt hatását vizsgálta, s bebizonyította, hogy e sugárzásban pozitívan és negatívan töltött, valamint semleges részecskék is vannak. Ernest Rutherford ezeket később alfa-, béta- és gammasugaraknak nevezte el. Pierre ezt követően a sugárzásokat kalorimetriás módszerekkel tanulmányozta, s a rádium élettani hatásainak megfigyelésével megteremtette a rádiumkezelés alapjait is.
Elismerései