居里夫妇在19世纪末和20世纪初先后发现了和镭，它们的放射性分别比铀强400倍和200倍，居里夫妇因此族1903年诺贝尔物理学奖。1906年居里不幸因车祸死亡，居里夫人继续对镭深入研究，测定Ra(镭)的原子量，制得29镭作为标准，研究放射治疗用于治病和其他应用。1911年居里夫人又获诺贝尔化学奖。在此之前，1908年诺贝尔化学奖授予卢瑟福，以表彰他提出放射性元素蜕变理论。居里夫人的女儿和女婿约里奥・居里继续居里夫人的事业，用钋的a射线轰击硼、铝、镁时，发现产生带有放射性的原子核，人工制得放射性元素，1935年因此获诺贝尔化学奖。费米在约里奥夫妇工作的基础上，用慢中子轰击各种元素，获得360种新的放射性同位素，还发现核发生衰变，产生了新元素1938年获诺贝尔物理学奖。1939年哈恩发现核裂变，这是原子能利用的基础，他因此获1944年诺贝尔化学奖，1942年，在费米领导下，成功地建造了第一座原子反应堆。在第二次世界大战中，美国于1945年8月在日本广岛和长崎先后投下了两颗原子弹，加速结東了第二次世界大战。