Marie Curie a découvert le radium en isolant soigneusement des éléments radioactifs dans un matériau appelé pechblende, un minerai naturel qui contient de l'uranium et du thorium. Elle a commencé cette étude en s'appuyant sur les travaux d'un autre scientifique, Henri Becquerel, qui était un des premiers observateurs des radiations.
La découverte par Marie Curie du radium et d'un autre élément, le polonium, a été un long processus qu'elle a entrepris avec son mari, Pierre. Elle s'est intéressée au travail de Becquerel, qui a noté que l'uranium dégageait des rayons qui pouvaient pénétrer les objets, mais n'a fourni aucune explication sur la raison pour laquelle cela s'est produit. Elle a utilisé un appareil de mesure sensible appelé électromètre Curie pour déterminer si d'autres matériaux émettaient des rayons similaires. Elle a découvert que le thorium l'a fait.
Curie a alors commencé à étudier divers minerais pour voir si l'un d'entre eux était radioactif. Bien qu'elle ait eu des résultats variables au début, elle a finalement essayé la pechblende et a découvert qu'elle était plus radioactive que ne le laisserait prédire sa teneur en uranium et en thorium. Elle a commencé à séparer les matériaux qui composent la pechblende et à tester chacun individuellement. Finalement, elle et Pierre ont isolé les deux nouveaux éléments.
Curie a pu isoler complètement le radium et prouver qu'il s'agissait d'un nouvel élément avec un poids atomique unique. Elle n'a pas pu isoler le polonium car il se désintègre très rapidement. Plus tard, des scientifiques dotés d'équipements et de techniques plus sophistiqués ont pu isoler le polonium et prouver qu'il s'agit d'un élément distinct.