Em 1903 a Universidade de Paris conferiu a Maria Skłodowskiej-Curie o título de doutora em física com mérito (summa cum laude).  Em dezembro daquele ano, Maria, Pierre e Becqurel receberam o prêmio Nobel. Foi um dos primeiros prêmios Nobel na área da física e o primeiro homenageando um polonês. 
Numa época em que as mulheres tinham muita dificuldade em ingressar em instituições de ensino superior e eram rejeitadas em muitos trabalhos, especialmente relacionados ao campo científico, parecia improvável que a ideia de uma pesquisa sistemática sobre radiação pudesse ter sido concebida por uma jovem polonesa. Os franceses pensavam que Pierre Curie fornecia os temas de pesquisa à esposa e os cuidava e que Maria desempenhava apenas o papel de ajudante. Maria era muito modesta, uma esposa amorosa e frequentemente destacava que a descoberta na área da radioatividade era obra comum do casal. 

Em abril de 1906 Pierre Curie morreu pisoteado por um cavalo que puxava uma carroça carregada.  As filhas do casal eram ainda pequenas, Irena tinha nove anos e Ewa, dois. 
Além do trabalho científico, Maria estava à frente de vários trabalhos sociais. Ela contribuiu para a criação do Pracowni Radiologicznej Towarzystwa Naukowego Warszawskiego. Em decorrência dos seus esforços, em 1912 foi iniciada a construção do Instituto do Rádio em Paris, onde ela organizou a divisão de estudos físicos e químicos dos corpos radioativos. Durante a Primeira Guerra Mundial Maria organizou, como diretora, o serviço de raio-X do ministério da guerra, aproximadamente 200 estações de raio-X novas e melhoradas e equipou em seu próprio laboratório e transmitiu ao exército 20 ambulâncias  de raio-X. Graças a sua iniciativa, na escola de enfermeiras de Paris foi criada a primeira divisão de radiologia em 1916. Até o fim da guerra, sob sua direção, foram formados 150 técnicos de radiologia. Ele ministrava cursos de radiologia para estudantes de medicina americanos, que atuavam no fronte europeu.  Ela continuou ministrando cursos parecidos dois anos após o fim da guerra, formando jovens radiologistas de toda a Europa. Em todos esses trabalhos, sua filha Irena lhe ajudou muito. 
Em 1929 ela viajou pela segunda vez aos EUA, onde das mãos do presidente Hoover recebeu 1 grama de Rádio puro para o Instituto do Rádio em Varsóvia. Durante sua estada nos EUA muitas universidades americanas organizaram recepções cerimoniais para ela.
Como resultado de décadas de trabalho em contato com a radiação, Maria foi a primeira de muitas de suas vítimas. Ela faleceu aos 66 anos em 4 de julho de 1934 em decorrência de uma grave leucopenia. Os especialistas acreditam que a doença foi causa do contato com a radiação, pois durante a Primeira Guerra Mundial ela realizou milhares de raios-X utilizando um aparelho primitivo. 
Em 1995 os restos mortais de Maria e de seu marido foram repousar no Panteão de Paris. O caixão é de chumbo – entre outros motivos, porque seu corpo ainda emite radiação. Seus pertences pessoais e anotações estão contaminados com rádio 226, que tem meia-vida de 1600 anos.