Пьер познакомился с Марией Саломеей Склодовской, талантливой польской ученой физиком, математиком и химиком, на которой 26 июля 1895 года женился. Мария и Пьер сосредоточили исследования в основном на радиоактивности, описывая методы её измерения и свойства, обусловленные, как они доказали, не молекулярными, а атомными связями.