El 4 de julio de 1934 en Sancellemoz, Francia, a la edad de 66 años, por leucemia o anemia aplásica (no está claro), debido a las exposiciones de radiación durante sus estudios. Sus apuntes aun emiten radiaciones. Tras su muerte, en su honor, el Instituto del Radio se convirtió en el Instituto Curie y en 1995 sus restos fueron trasladados al Panteón de París, convirtiéndose así en la primera mujer en ser enterrada en allí.
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