След войната Кюри се връща на работа в института, помага й по-голямата й дъщеря Ирен. В последните години от живота си ръководи работата на студенти и активно работи за използването на принципите на радиологията в медицината.  Написва биография на съпруга си и я публикува през 1923 г.

През годините Мария Кюри периодично пътува до Полша, която в края на войната става независима. През 1921 г. заедно с двете си дъщери отива в САЩ,  за да получи дарение от 1 грам радий за лабораторията си за продължаване на опитите там.
В началото на 30-те г. на миналия век здравето на Мария Кюри се влошава. През годините тя провежда експерименти  заедно със съпруга си и с колеги, без да има представа за последиците от радиацията. Тя

носи епруветки с радиоактивни изотопи в джобовете си

и ги складира в чекмеджето на бюрото си, като отбелязва приятната синьо-зелена светлина, с която греят в тъмното. В резултат на всичко това изследователката се разболява от левкемия. Оттегля се в санаториум в Източна Франция заедно с малката си дъщеря Ев, където умира на 4 юли 1934 г. на 66-годишна възраст.

Заради нивото на радиация документите на Мария Кюри от 90-те години на 19. век са смятани за твърде опасни, за да бъдат пипани. Дори готварската й книга е силно радиоактивна. Документите се пазят в стоманени кутии и тези, които искат да ги разгледат, могат да направят това само със специално защитно облекло. 

Мария Кюри е погребана до съпруга си. 60 години по-късно костите им са преместени в Пантеона в Париж. Засега Мария Кюри е единствената жена, която почива там заради постиженията си.

Калина Маркова