Η Κιουρί επισκέφτηκε την Πολωνία για τελευταία φορά στις αρχές του 1934. Λίγους μήνες αργότερα, στις 4 Ιουλίου 1934, πέθανε στο σανατόριο στο Πασί, στο Haute-Savoie, από απλαστική αναιμία που πιστέυοτανπιστεύοταν ότι είχε προκληθεί από την μακρόχρονη έκθεσή της στην ακτινοβολία. Οι βλαβερές επιπτώσεις της ιονίζουσας ακτινοβολίας ήταν άγνωστες την περίοδο της εργασίας της, η οποία διεξαγόταν χωρίς να λαμβάνονται υπ' όψιν οι παράμετροι ασφάλειας που ωστόσο αναπτύχθηκαν αργότερα. Συχνά μετέφερε δοκιμαστικούς σωλήνες που περιήχαν ισότοπα στην τσέπη της και τους αποθήκευε στο συρτάρι του γραφείου της, παρατηρώντας στο αχνό φώς ό,τι εκλυόταν από τις ουσίες στο σκοτάδι. Η Κιουρί επιπλέον ήταν εκτεθειμένη σε ακτίνες Χ χωρίς προστατευτικό εξοπλισμό, ενόσω υπηρετούσε ως ακτινολόγος σε διάφορα νοσοκομεία στη διάρκεια του πολέμου. Παρ' όλο που βρισκόταν σε συνεχή έκθεση για δεκαετίες στην ακτινοβολία, ποτέ της δεν συνειδητοποίησε τα προβλήματα υγείας που θα μπορούσε να είχε από την έκθεσή της στην ακτινοβολία.
