Marie Curie ha scoperto il radio isolando con cura gli elementi radioattivi in un materiale chiamato pechblenda, un minerale naturale che contiene uranio e torio. Ha iniziato questo studio basato sul lavoro di un altro scienziato, Henri Becquerel, che era un primo osservatore di radiazioni.
La scoperta del radio da parte di Marie Curie e un altro elemento, il polonio, è stato un lungo processo che ha intrapreso con suo marito, Pierre. Era interessata al lavoro di Becquerel, che notava che l'uranio emanava raggi che potevano penetrare negli oggetti ma non forniva spiegazioni sul perché ciò accadesse. Ha usato un dispositivo di misurazione sensibile chiamato elettrometro di Curie per determinare se altri materiali emettessero raggi simili. Ha scoperto che il torio ha fatto.
Curie quindi iniziò a studiare vari minerali per vedere se qualcuno di loro fosse radioattivo. Sebbene all'inizio avesse risultati variabili, alla fine ha provato la pechblenda e ha scoperto che era più radioattiva di quanto prevedesse il suo contenuto di uranio e torio. Cominciò a separare i materiali che compongono la pechblenda e a testarli singolarmente. Alla fine, lei e Pierre hanno isolato i due nuovi elementi.
Curie è stata in grado di isolare completamente il radio e dimostrare che si trattava di un nuovo elemento con un peso atomico unico. Non era in grado di isolare il polonio perché decadeva molto rapidamente. Più tardi scienziati con attrezzature e tecniche più sofisticate sono stati in grado di isolare il polonio e dimostrare che si tratta di un elemento separato.