Marie Curie entdeckte Radium durch die sorgfältige Isolierung radioaktiver Elemente in einem Material namens Pechblende, einem natürlichen Erz, das Uran und Thorium enthält. Sie begann diese Studie auf der Grundlage der Arbeit eines anderen Wissenschaftlers, Henri Becquerel, der war ein früher Beobachter der Strahlung.
Marie Curies Entdeckung von Radium und einem anderen Element, Polonium, war ein langer Prozess, den sie mit ihrem Ehemann Pierre unternahm. Sie interessierte sich für Becquerels Arbeit, die feststellte, dass Uran Strahlen abgab, die Objekte durchdringen konnten, aber keine Erklärung dafür lieferte, warum dies geschah. Sie benutzte ein empfindliches Messgerät namens Curie-Elektrometer, um festzustellen, ob andere Materialien ähnliche Strahlen aussendeten. Sie entdeckte, dass Thorium dies tat.
Curie begann dann, verschiedene Erze zu untersuchen, um zu sehen, ob eines davon radioaktiv war. Obwohl sie anfangs unterschiedliche Ergebnisse erzielte, versuchte sie es schließlich mit Pechblende und stellte fest, dass sie radioaktiver war, als ihr Uran- und Thoriumgehalt vorhersagen würde. Sie begann, die Materialien, aus denen Pechblende besteht, zu trennen und jedes einzeln zu testen. Schließlich isolierten sie und Pierre die beiden neuen Elemente.
Curie konnte Radium vollständig isolieren und beweisen, dass es sich um ein neues Element mit einem einzigartigen Atomgewicht handelt. Sie konnte Polonium nicht isolieren, da es sehr schnell zerfällt. Später konnten Wissenschaftler mit ausgefeilterer Ausrüstung und Techniken Polonium isolieren und beweisen, dass es sich um ein separates Element handelt.