Na pensji panny Sikorskiej
W 1877 roku Maria rozpoczęła naukę na pensji dla dziewcząt panny Jadwigi Sikorskiej, którą wcześniej prowadziła jej matka. Po roku w 1878 z powodu dużych zdolności została przeniesiona do siedmioklasowego III Żeńskiego Gimnazjum Rządowego, które mieściło się na Krakowskim Przedmieściu 36.
Do klasy chodziła razem z siostrą Heleną. Helena wspominała w książce Tomasza Pospiesznego Nieskalana sławą: „Byłam o rok starsza od Mani, wychowywałyśmy się razem, razem przygotowywałyśmy do szkoły. W szkole byłyśmy koleżankami w tej samej klasie i siedziałyśmy obok siebie w jednej ławce. Łączyła nas głęboka miłość. Mam wyraźnie w pamięci i w oczach tę małą Maniusię, zwaną Anciupecio - najpierw jako pulchną dziewczynkę z główką okoloną kręcącymi się jasnymi włoskami, przewiązanymi czarną aksamitką, w fartuszku z falbankami, z oczkami jasnymi, siwymi, które z uśmiechem, z dobrocią i z niezwykłą powagą patrzyły na świat.” Klasę III Maria musiała powtórzyć z powodu młodego wieku i w roku 1883 ukończyła tę szkołę ze zdaną maturą i ze złotym medalem.
Jako gimnazjalistka na swój sposób protestowała przeciw zniewoleniu. „Przed Pałacem Saskim car postawił obelisk polskim oficerom, którzy odwrócili się od powstania listopadowego a nawet brali udział w walkach przeciwko niemu. I na ten pomnik młodzież inteligencka pluła. Maria, idąc do szkoły z koleżankami, też to robiła. Jeśli ktoś zapomniał o tym, to po prostu wracał i naprawiał swój błąd”- opowiadała dyrektor Muzeum Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie (w latach 1994 – 2014) Małgorzata Sobieszczak-Marciniak. Jeśli zapomniała to wracała i pluła dwa razy.
W szkole były pod opieką Jadwigi Sikorskiej. Nauczyciele bardzo ją podziwiali, jednakże niektórzy z nich jej dokuczali. Irytowała ich swoim indywidualizmem, uporem, prostolinijnością, zdolnościami i doskonałą pamięcią. Przykładem była panna Meyer, nauczycielka niemieckiego, która ubliżała Marii, również pan Meding, który utrudniał jej pracę na lekcji. Pomimo tego Maria bardzo dobrze znosiła wszystkie trudy nauki. Wyróżniała się powagą, inteligencją i dobrą pamięcią. Biegle mówiła po rosyjsku, miała najlepsze stopnie a przy tym była najmłodsza i najmniejsza w klasie. Była bardzo nieśmiałą dziewczynką, a wizytacje na lekcji wywoływały u niej zdenerwowanie i złość. Ponieważ była najzdolniejsza w klasie, nauczyciele zawsze wywoływali ją do odpowiedzi w czasie wizytacji.
W klasie III zadano wiersz niemiecki długi urywek z ballady Schillera „Der Ring Des”. Mania zapomniała się go nauczyć w domu. Postanowiła więc nauczyć się wiersza podczas dwóch kolejnych pięciominutowych pauz i zdążyła go opanować przed lekcją trzecią z niemieckiego.
W szkole Maria pomagała innym rówieśnikom w przedmiotach ścisłych. Cechowała się pracowitością i dokładnością. W liście do przyjaciółki Kazi Przyborowskiej Skłodowska napisała: „Czy wiesz, Kaziu! Ja jednak kocham gimnazjum, może się roześmiejesz, a jednak powiem Ci, że je kocham i to bardzo teraz to widzę”. (cyt. za: Tomasz Pospieszny Nieskalana sławą)
Uniwersytet Latający
Maria marzyła o studiach. Niestety w Królestwie Polskim w zaborze rosyjskim kobiety miały zakaz studiowania. W późniejszym czasie zamarzyła o studiach za granicą na paryskiej Sorbonie. Na początku, po ukończeniu szkoły średniej nie było jej stać na studia zagraniczne. W Warszawie we wrześniu 1884 roku Maria poznała Bronisławę Piasecką – nauczycielkę, którą przepełniały idee pozytywizmu. Pod jej wpływem Maria wraz z siostrami – Bronią i Helą wstąpiły na Uniwersytet Latający. W tym czasie uważały się za pozytywistki i ścięły włosy. Program uczelni obejmował głównie nauki przyrodnicze, społeczne i socjologię. Nauka była prowadzona w języku polskim. Wykłady odbywały się w prywatnych mieszkaniach, u panien Sikorskiej i Piaseckiej. Na wykłady uczęszczała Mania ponownie, jeszcze w roku 1889. W tym czasie, Maria wraz z siostrami poznały wybitnych profesorów. Maria była nieprzeciętnie zdolna, systematyczna i pilna. Notatki prowadziła dokładnie. Jeden z profesorów zauważył, że były one niezwykłe, bardzo staranne i bezbłędne, a jej zeszyt zakwalifikował jako obowiązkowy podręcznik.
Nauka chemii
W 1889 roku Maria zaczęła uzupełniać swoją wiedzę z chemii i fizyki w laboratoriach Muzeum Przemysłu i Rolnictwa przy Krakowskim Przedmieściu. Pomagał jej cioteczny brat Józef Boguski, były asystent Dymitra Mendelejewa oraz chemik Napoleon Milicer, były współpracownik Roberta Bunsena. To właśnie ci badacze nauczyli młodą Skłodowską analizy chemicznej, jednak większość rzeczy Maria nauczyła się sama z podręczników, korzystając z udostępnionego jej laboratorium i rad ojca - Władysława Skłodowskiego. Umiejętności te wykorzystała później przy pracach nad wyizolowaniem radu i polonu.
Guwernantka
Kiedy Bronisława postanowiła wyjechać na studia do Paryża, Maria zdecydowała się wpierać ją finansowo. W tym celu w latach 1886-1889 podjęła się pracy guwernantki w Szczukach. Przyjęła dobrze płatne stanowisko nauczycielki w majątku Szczuki pod Warszawą w domu u państwa Żórawskich, ucząc ich dwie córki. W wolnych chwilach, za zgodą pana Żórawskiego poświęcała po dwie godziny nauki dziennie dzieciom robotników fabrycznych z miejscowej cukierni. Pomagała jej w tym najstarsza córka z domu Żórawskich. Bezpłatnie uczyły dzieci czytania, pisania i liczenia (działalność ta była zabroniona i bardzo surowo karana przez carskie władze). Za tę nielegalną działalność groził im nawet wywóz na zsyłkę.
W wolnych chwilach samodzielnie studiowała matematykę korzystając zaledwie ze wskazówek ojca, których udzielał jej w listach. Zajmowała się literaturą i socjologią. Ostatecznie postanowiła uczyć się matematyki i fizyki. Uważała, że wykształcenie, które zdobyła w gimnazjum było o wiele niższe od tego, które posiadali francuscy licealiści. Skłodowska starała się samodzielnie uzupełnić wiedzę przy pomocy książek, aby zdać egzaminy na Sorbonę.
Młodzież Żorawskich uprawiała sporty, Maria wraz z nimi. Jeździła konno, wiosłowała, tańczyła i ślizgała się doskonale.
Na studia do Paryża
Po jakimś czasie Bronisława zakończyła studiowanie medycyny, wyszła za mąż za kolegę z wydziału - Kazimierza Dłuskiego. Bronia wraz z mężem zaprosili Marię do Paryża, ofiarowując jej swój dom i pomoc. Wielkie marzenie Marii spełniło się.
W listopadzie roku 1891 w wieku 24 lat pojechała pociągiem, czwartą klasą, przepełniona radością, do Paryża. Została pierwszą kobietą w historii Sorbony, która zdała egzaminy wstępne na wydział fizyki i chemii. Była jedną z nielicznych dziewcząt na tym ścisłym kierunku. Życie i czas w Paryżu Maria dzieliła pomiędzy naukę i grę w amatorskim teatrze. 28 lipca 1893 otrzymała licencjat z fizyki z pierwszą lokatą, a rok później licencjat z matematyki z drugą lokatą. Na drugi fakultet zabrakło jej pieniędzy. Gabriel Lippmann pomógł Marii otrzymać stypendium naukowe na badania naukowe związane z magnetycznymi właściwościami różnych rodzajów stali. Po ukończeniu studiów stypendium spłaciła. Było to zjawisko dotąd niespotykane, ale Maria wychodziła z założenia, że teraz ktoś inny tak jak ona wcześniej może potrzebować pieniędzy na naukę.
Jeszcze przed ukończeniem studiów pracowała dla Towarzystwa Popierania Przemysłu Krajowego we Francji, wykonując badania z zakresu magnetyzmu stali.