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. na którym zrobiła 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" (zaloty Piotra, Maria zastanawiała się czy wyjechać z kraju, Piotr prosił siostrę Marii o pomoc w przekonaniu jej do małżeństwa.  Maria odrzuciła zaręczyny, jednak pobrali się rok później, 26 lipca w podparyskiej miejscowości Sceaux, po wspólnej pracy na Sorbonie. Oboje byli zafascynowani nauką i całe życie poświęcali właśnie doświadczeniom i badaniom. 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, który ważył 4 tony. Był to wielki cios dla Marii, której ustabilizowane życie legło w gruzach. Po utracie partnera i przyjaciela naukowca popadła w depresję.