Ab 1921 forschte Irène selbstständig und promovierte 1925 über die Alphastrahlung von Polonium. 1926 heiratete sie Frédéric Joliot, den Laborassistenten ihrer Mutter. Gemeinsam forschten sie hauptsächlich an radioaktiver Strahlung. 1934 gelang ihnen die künstliche Erzeugung radioaktiver Isotope, wofür sie 1935 den Chemienobelpreis erhielten. Diese Entdeckung legte den Grundstein für