Ab Mitte der 1930er-Jahre hatte Joliot-Curie krankheitsbedingt zahlreiche Arbeitsausfälle. Genau wie bereits ihre Mutter litt sie an den Folgen der langjährigen Arbeit mit radioaktiven Materialien, denen sie schutzlos ausgeliefert war. 1956 starb sie im Alter von 58 Jahren an Leukämie.