Kłopoty ze zdrowiem
Maria swojej siostrze Bronisławie zwierzała się, że ma kłopoty z osłabionymi oczami i pogorszonym słuchem. Miewała nieustanny i czasem silny szum w uszach. Podejrzewała, że być może wiązało się to z radem. Prosiła Bronisławę, żeby nikomu o tym nie mówiła.
Drugi raz w USA
Maria 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 od prezydenta USA - Herberta Hoovera. Maria podarowała tę szkatułkę swojej siostrze Bronisławie. Razem ze swoją siostrą otwarły szpital w 1932 roku.
Śmierć
W roku 1934 Maria czuła się coraz gorzej. Odsunęła się od wszystkich ludzi. Odeszła od ukochanych przedmiotów i zjawisk, którym codziennie się poświęcała. Często miewała wysoką temperaturę oraz dreszcze. Na początku lekarze stawiali diagnozę, że to grypa, a następnie gruźlicze zmiany w płucach. Uznali, że wyjazd do sanatorium powinien jej pomóc. Maria ze swoją córką Ewą wyjechała do sanatorium Sancellemoz w Passy. Tam lekarze podali prawdziwą diagnozę, którą była potwierdzona niedokrwistość aplastyczna o przebiegu piorunującym, wywołana przez wysoką dawkę promieniowania jonizującego.
Maria Skłodowska-Curie zmarła w Sancellemoz 4 lipca 1934 o godz. 4 rano z powodu anemii złośliwej aplastycznej o gwałtownym i gorączkowym przebiegu. Prawdopodobnie szpik kostny nie zareagował na leczenie z powodu zmian jakie zaszły przez długoletni wpływ promieni.
W dniu śmierci leżała w swoim łóżku zasłonięta. Była ubrana na biało. Miała białe włosy i poważną twarz. Szorstkie i mocno poparzone przez rad dłonie wyciągnięte sztywno na prześcieradle. 6 lipca 1934r. w południe została złożona w grobie rodzinnym w Sceaux, w ostatniej drodze towarzyszyli jej: członkowie rodziny i najbliżsi przyjaciele. Jej ciało zostało pochowane w ołowianej trumnie. Maria spoczęła obok Pierre'a na cmentarzu w Sceaux.
We francuskim Panteonie
20 kwietnia 1995 szczątki Marii i Pierre'a Curie zostały przeniesione do Panteonu w Paryżu. W uroczystości przeniesienia prochów wzięli udział prezydent Polski Lech Wałęsa, francuski prezydent François Mitterrand, córka państwa Curie - Ewa Labouisse-Curie i wnukowie Ireny - Hélena Langevin i Pierre Joliot. Pochówkowi towarzyszyła muzyka Fryderyka Chopina: Romance. Larghetto z I Koncertu fortepianowego. W ten sposób Marii Skłodowskiej-Curie został przyznany zaszczyt za zasługi dla nauki. Z tego właśnie powodu spoczęła w Paryskim Panteonie.
Maria do Bronisławy Dłuskiej, 10 listopada 1920r. "Osobiste moje kłopoty przedstawiają się tak przede wszystkim, że źle są z moimi oczami i uszami. Oczy są bardzo osłabione i radziłam sobie co do nichlekarza, możliwe, że niewiele można im dopomódz. Co do uszu, do dokucza mi szum prawie nieustanny, a częste- nieraz bardzo silny. Bardzo mnie niepokoją te objawy, bo mi to może działać utrudnić, a może i działać. Może być, że jest to, co wiąże się z radem, ale niepodobna prawie mieć o temacie. Tylko proszę cię, niemów o tem nikomu „. ~ Ewa Curie w książce Maria Curie z roku 1983.