Κοντά στη δεκαετία του 1920, η Κιουρί και πολλοί συνάδελφοί της άρχισαν να υποφέρουν από συμπτώματα καρκίνου. Η Κιουρί άρχισε να χάνει την όρασή της. Οι επεμβάσεις καταρράκτη για να προσπαθήσει να επαναφέρει την όρασή της δεν βοήθησαν. Η Κιουρί ήξερε ότι το στοιχείο (ράδιο) που ανακάλυψε μπορεί να προκαλούσε τα συμπτώματα, αλλά δεν ήθελε να το παραδεχτεί στον εαυτό της ή στους άλλους. Στις αρχές της δεκαετίας του 1930, η υγεία της Κιουρί άρχισε να χειροτερεύει γρήγορα. Οι γιατροί διέγνωσαν ότι πάσχει από φαύλη αναιμία. Η παθολογική αναιμία είναι μια αναιμία του αίματος που συμβαίνει όταν κάποιος εκτίθεται υπερβολικά σε ακτινοβολία. Οι γιατροί δεν είπαν στο κοινό ή στην ίδια την Κιουρί τι συνέβαινε. Στις 4 Ιουλίου 1934, σε ηλικία 66 ετών, πέθανε σε ένα σανατόριο στις γαλλικές Άλπεις. Στη συνέχεια θάφτηκε δίπλα στον σύζυγό της στο Sceaux της Γαλλίας. Η Μαρί Κιουρί ήταν φυσικός και χημικός, περισσότερο γνωστή για το έργο της στη ραδιενέργεια- ωστόσο, ανακάλυψε επίσης τα στοιχεία πολώνιο και ράδιο. Της απονεμήθηκαν δύο βραβεία Νόμπελ - ένα στη φυσική, το οποίο κέρδισε από κοινού με τον σύζυγό της και τον Ανρί Μπεκερέλ, και ένα στη χημεία - και ήταν το πρώτο άτομο που κέρδισε δύο βραβεία Νόμπελ. Εξακολουθεί να είναι ένα από τα τέσσερα άτομα (μαζί με τον Linus Pauling, τον John Bardeen και τον Frederick Sanger) που κατάφεραν αυτό το κατόρθωμα. Η Κιουρί είναι υπεύθυνη για την καθιέρωση της θεωρίας της ραδιενέργειας, αλλά δυστυχώς ανακάλυψε άθελά της και τη μοιραία επίδραση που μπορεί να έχει η ραδιενέργεια στην υγεία σας- πέθανε στις 4 Ιουλίου 1934 από απλαστική αναιμία που προκλήθηκε από την έκθεση σε ακτινοβολία.