W 1894 roku poznała Piotra Curie, wybitnego fizyka, który oprócz tego, że był świetnym naukowcem, miał nowoczesny światopogląd i uważał kobiety za równie inteligentne i posiadające takie same możliwości co mężczyźni. 

Podbicie serca Marii 

Zrobiła na nim tak ogromne wrażenie, że postanowił jej się oświadczyć mimo krótkiej znajomości. Aby zdobyć jej serce, podarował jej swoją pracę naukową "Symetria w polach elektrycznych i magnetycznych", jednak to nie wystarczyło. Zaczął odwiedzać ją w mansardzie na szóstym piętrze, opowiadał o badaniach i odkryciach, których mogliby dokonać, lecz Maria wciąż pozostawała niewzruszona jego staraniami. Gdy przebywała na wyjeździe w Szwajcarii wysłała swojemu adoratorowi kartkę, na którą niezwłocznie odpowiedział. Piotr poprosił nawet o pomoc siostrę Marii (Bronię), która przekonała ją do wyjścia za mąż za pana Curie. 

Maria nie zgodziła się na wspólne mieszkanie zaproponowane przez Piotra, ale jesienią 1894 roku zdecydowała się pojechać z nim do jego rodziców. Pobrali się rok później, 26 lipca w podparyskiej miejscowości Sceaux. 

Podróż poślubna 

W podróż poślubną wyruszyli na rowerach i przemierzyli w ten sposób okolice Île-de-France. Oboje byli zafascynowani nauką i całe życie poświęcali właśnie doświadczeniom i badaniom. 

Tragiczny wypadek 

Byli szczęśliwym małżeństwem, lecz więcej było w nim nauki niż wzajemnej fascynacji. Niestety nie trwało to długo, bo w roku 1906 Piotr zginął w tragicznym wypadku pod kołami wozu załadowanego płaszczami i kocami wojskowymi, ważącego około 4 tony. Był to wielki cios dla Marii, której ustabilizowane życie legło w gruzach. Po utracie partnera i przyjaciela naukowca popadła w depresję, która spowodowała, że przez rok prawie nie wychodziła z domu i miała myśli samobójcze. 

W życiorysie Piotra w swojej książce napisała: 
Spełnił wszystko i więcej niż wszystko, o czym mogłam marzyć w chwili naszego związku. Stale rósł mój podziw dla jego wyjątkowych wartości tak rzadkich i wzniosłych, iż z czasem wydawał mi się jedynym na świecie człowiekiem zupełnie pozbawionym próżności i małostek, jakie odkrywa się w sobie i w innych, sądząc je pobłażliwie, lecz jednocześnie pragnąc doskonalszego ideału.