11月14日瑞典科学院常务秘书通知居里夫妇，由于对放射性和放射现象的发现所作的杰出贡献，该年度诺贝尔物理奖的一半将授予他们。夫妇同时获奖，是诺贝尔奖金史上唯一的一次。因健康问题，法国公使代表他们从瑞典国王手上领取奖状和金奖章。以后新闻记者纷至沓来。法国总统卢贝（Emile Loubet）也来棚屋参观—使他们劳累不已。
居里夫妇放弃了生产镭的专利，正如十多年前伦琴（Rontgen1845–1923）也拒绝了X线专利权的建议。居里夫妇不仅把所掌握的有关镭的知识，告诉给所有来求助的人，还把艰苦劳动所得的镭盐无偿地送给许多医院。1905年2月把再次提炼的一克镭盐送给维也纳医院，以感谢当年奥地利政府慷慨供应沥青矿渣。
1904年10月彼埃尔被任命为理学院新设物理学讲座正教授。11月居里夫人被任命为物理实验室主任。1905年7月彼埃尔终于被选为科学院院士，巴黎大学才决定拨款为他修建两间实验室。
1906年4月19日彼埃尔在穿马路时被马车撞倒身亡。警察从伤重不治者身上的名片，才知是院士。居里夫人6时回家时得知噩耗。
4月21日下葬。居里夫人坚持不举行任何仪式，只有为数不多的亲友来。教育部长白里安不顾居里夫人婉拒，悄悄加入送葬者行列。
法国政府主动提出发放国家抚恤金，如十一年前对巴斯德遗孀那样，但居里夫人拒绝了。
5月理学院会议决定保留为彼埃尔-居里开设的教席，让居里夫人以代课的名义继续授课。这是法国第一次把最高教职委任一位女性。
1907年居里夫人提炼出400毫克氯化镭。1910年终于提炼出纯金属镭元素。那些怀疑镭是一种化合物的人，即使是英国著名科学家开尔文（Lord Kelvin1824–1907，热力学奠基人。他曾特地自英国赶来为彼埃尔送葬），也无法再反驳。
1908年整理修订后出版《彼埃尔·居里的著作》，厚达六百页。她自己的两本专著《论放射性》也于1910年出版。
1910年底在数位法国著名科学家支持下，她申请为法国科学院院士候选人。但院士的竞选竟然扯到女性和民族问题上去了（德雷福斯事件即在那时期发生）。发明无线电的布朗利（Branly）以三十票当选，居里夫人以二十八票落选。
1911年在布鲁塞尔召开第一届索尔维会议，由比利时企业家索尔维创立的国际物理研究所主持。期间玛丽对爱因斯坦的论文极支持。在1911年，她将21毫克纯氯化镭封好后，送去巴黎附近的国际度量衡标准局，此即后来通用的计量标准。
她测量出放射能量的单位。每秒钟1克纯镭自然射线的能量，被定为1居里。
1911年12月居里夫人与姐姐布罗妮雅，带上大女儿伊伦娜来到斯德哥尔摩。瑞典皇家科学院院长在授奖时指出：“镭和钋的发现—导致科学的一个新分支的诞生，即放射学的诞生”，“在颁发诺贝尔奖的十一年里，这是第一次将殊荣颁给以前的获奖者”。
居里夫人在演说中，赞扬了前人贝克勒尔（Becquerel1852–1908法国物理学家，1896年发现铀的放射性）和卢瑟福（Rutherford1871–1937英国物理学家，研究原子结构和放射现象）的贡献，也提到钋和镭是由彼埃尔和她共同发现的。在放射性领域中，有几种基本研究要归功于彼埃尔，由他独立或与他的学生们共同完成的。离析纯镭盐以及断定它是一种新元素的工作，是她自己完成的。她的演说既驳斥了一些轻视女性者的中伤，也表达了对丈夫的尊重和思念。
1912年5月一个波兰教授代表团，给她带来了波兰作家显克微支（Sienkiewicz1846–19161905年获诺贝尔文学奖）的一封信，欢迎她回祖国工作。她在回信中，请他们原谅她不能即刻回祖国。她会尽最大努力指导波兰科学家，在华沙建立一个放射学实验室。
巴斯德研究所与索尔本大学同意共同建立一所镭研究所，包括两个部门：一个部门为研究放射学的实验室，由居里夫人领导；另一个部门为研究放射疗法和生物学的实验室。
1914年8月战火纷飞中，居里夫人自巴黎坐火车去临时首都波尔多，将1克的镭存放在银行保管箱。一战期间她弄到了汽车和资金。每辆汽车都装上一台小发电机，一台手提X射线机及必要的照相器材，并配备了医生、助手、司机各一名。她装置了二十辆这样的汽车，还装备了二百个X射线室。她常常自己开车，在战场上奔驰。又办X线机技术人员和放射科护士的短期训练班。战争结束后她写了本《放射学与战争》。
1919年3月凡尔赛和约签字后三天，罗曼·罗兰发表《精神独立宣言》，号召知识分子联合起来，防止新战争。高尔基、爱因斯坦赞成，居里夫人、萧伯纳反对。
1921年5月20日美国总统哈定受托于白宫会客厅，代表妇女界赠送给居里夫人一克镭。总统夫人、法国大使、波兰公使和居里夫人的两个女儿都参加了。这是一年前美国著名杂志《写真》（The Delineator）记者麦隆内夫人（Meloney）访问时问起居里夫人最大心愿时，居里夫人答以为了继续研究，需要一克镭，以后麦隆内夫人向美国妇女募捐而购得。赠前居里夫人还连夜找律师修改文件，明确把镭赠予实验室，并非给她本人。
以后六个星期从东到西，在美国各地参观著名大学和实验室，接受包括哥伦比亚大学、耶鲁大学在内共十九个大学的名誉学位。麦隆内夫人还请裁缝为她赶制了一套长袍和一顶方帽。
1922年2月，居里夫人自动当选为巴黎医学科学院的“自由合作”院士。5月国联理事会请她担任国际文化合作委员会委员，不久又当选为副主席。她进行了一系列改革：统一科学符号和术语，统一科学出版物的开本，统一各杂志发表的著作摘要，拟定各种常数表……
1923年居里基金会庆祝镭的发现25周年，议会两院一致通过给居里夫人4万法郎年金作为国家酬劳，并规定她的两个女儿有继承权。教育部长莱昂·贝哈尔还特地指出：”政府和议会两院不得不决定承认居里夫人的谦虚和大公无私。”
她要在华沙创建一所镭研究所，人们争相筹款。1925年奠基典礼上，研究所的第一块砖是总统砌的，居里夫人砌第二块，华沙市长砌第三块—建成后无经费买第一克镭。1929年10月前往纽约接受美国馈赠的又一克镭时，胡佛总统主持仪式，还邀请居里夫人住在白宫。居里夫人也与麦隆内夫人8年后重逢。她生日时收到无数鲜花、书籍和礼物。参观劳伦斯大学时，大门上饰有她的浮雕石像。
1932年华沙镭研究所开幕，这是她最后一次返回祖国。
1934年5月的一个下午，她感到不适而入院。7月4日去世。死因是白血病，这显然与长期接受辐射有关。
全世界报道她去世的消息，各国大学、科学家、研究机构纷纷发来唁电。中国北平研究院院长蔡元培也致唁电（1921年3月8日居里夫人在巴黎曾会见蔡先生）。镭学研究所所长严济慈在大公报上发表《悼居里夫人》。
7月6日被安葬在Sceaux的彼埃尔的家族墓地里。姐姐布里妮雅和哥哥约瑟夫从波兰带来一抔祖国的泥土，撒在她的棺木上。
华沙古城附近弗莱塔街16号是一座十八世纪的建筑，玛丽娅·居里在此诞生。这座三层楼房棕色大门旁的灰白色墙上，镶嵌着的铜牌上刻着“玛丽娅·斯克罗多夫斯基纪念馆”。1968年1月23日居里夫人百年诞辰纪念时，波兰化学协会将她的故居建为纪念馆（1924年起居里夫人即为化学协会名誉会员）。开幕典礼时她的女儿艾芙及其丈夫，和9位诺贝尔奖获得者也参加。
馆内展出图片、文件、实验室设施和个人物品，阐明了她一生和谐地投入科学、家庭及社会活动三个方面。
二楼门厅墙上悬挂着她1911年获得的诺贝尔化学奖证书的放大复制件。接着展出她作研究时的照片：手持试管观察、伏案疾书、端坐小桌前凝视……也展出她与居里一起在实验室工作的照片和油画，甚至木制的小模型；还展出当年用的仪器和讲课时的提纲。
她多次参加科学工作者会议，会见各界人士。1927年在布鲁塞尔召开的索尔维国际物理学会议，她与爱因斯坦、郎之万都参加了。也展出1921年美国总统哈定接见她的照片。
她热爱自然、花朵、绿树、新鲜空气、山中散步、海里游泳、骑自行车—必要时在战场上驾驶装有X射线机的救护车。
爱因斯坦认为她是他唯一所知的，不沉醉于追求美名的人。
1992年法国社会事务部长韦伊夫人建议将居里夫人的遗骸迁往先贤祠，居里的家属希望居里夫妇合葬。国家批准此建议。1995年4月20日居里夫妇的遗骸自巴黎郊区公墓迁葬，共和国卫队护送，密特朗总统主持典礼，波兰总统瓦里萨应邀参加。
先贤祠入口上方刻着“祖国念先贤”。居里夫人是在此安眠的唯一的女性，也是唯一的并非出生于法国的人。