Już pod koniec lat dwudziestych zdrowie Marii zaczęło się pogarszać. Maria zauważyła, że traci słuch oraz, że coraz gorzej widzi.  Marię Curie została zaproszona  jeszcze raz przez Marię Meloney do Stanów Zjednoczonych w 1929. Za pieniądze, które uzbierała kupiła gram radu dla Instytutu Radowego w Warszawie (aktualnie nazywa się Centrum Onkologii – Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie). Maria otrzymała klucz do  szkatułki z radem przez prezydenta USA Herbert Hoover Maria podarowała tą szkatułkę swojej siostrz Bronisławie. Wraz ze swoją siostrą otwarły szpital maju 1932. W  roku 1934 Maria czuła się coraz gorzej.  Często miewałą wysoką temperaturę oraz dreszcze. Na początku lekarze stawiali diagnozę jako grypę, a następnie gruźlicze zmiany w płucach. Uznali, że wyjazd do sanatorium jej pomoże.  Maria ze swoją córką Ewą wyjechała do sanatorium Sancellemoz w Passy. Tam lekarze podali prawdziwą diagnozę, która się potwierdzałą była to  niedokrwistość aplastyczną. Wykryli u niej też chorobę popromienną wywołaną przez wysoką dawkę promieniowani jonizujących o przebiegu piorunującym. Maria Skłodowska-Curie zmarła w Passy 4 lipca 1934 o godz. 4 rano^. Pogrzeb odbył się 6 lipca 1934 w gronie rodziny i najbliższych przyjaciół. Jej ciało zostało pochowane w ołowianej trumnie. Maria spoczęła obok Pierre’a na cmentarzu w Sceaux. 20 kwietnia 1995 szczątki Marii i Pierre’a Curie zostały przeniesione do Panteonu w Paryżu. Przyznany jej  został ten zaszczyt za zasługi dla nauki.