Les expériences sont délicates. En pratique, rien ou presque n’est encore connu sur la nature de ces rayons, leur origine et la manière dont ils sont absorbés dans la matière.

Marie Curie cherchait à savoir si l’émission des rayons de Becquerel était spécifique de l’uranium* et de lui seul, ou s’il s’agissait d’une propriété plus générale. Après des mesures d’étalonnage sur l’uranium, Marie examine systématiquement si d’autres substances présentent cette propriété remarquable d’émettre spontanément des rayonnements. Elle étudie successivement à l’Ecole de Physique Chimie, un grand nombre de métaux, de sels, d’oxydes et des minéraux. C’est ce qui l’amènera à s’intéresser à deux minéraux à base d’uranium, la pechblende* et la chalcolite*, ce qui la conduira à la découverte du radium* et du polonium*. Elle met aussi en évidence que l’uranium n’est pas le seul élément à émettre des rayons. Un autre élément naturel, le thorium* en émet également.

Marie Curie conclut en avril 1898 que l’émission de ces rayons est bien une propriété de l’atome, uranium ou thorium, et non d’un composé chimique. Elle donnera le nom de radioactivité* à cette propriété de certains éléments lourds d’émettre spontanément un rayonnement, propriété persistante dans tous les états chimiques et physiques de la matière.