В 1909 году доктор Ру, директор Пастеровского института, предлагает Марии оставить Сорбонну и перейти к нему, обещая построить специально для нее лабораторию. Власти университета, «прозрев» в очередной раз, не на шутку встревожены. Начинаются переговоры между доктором Ру и ректором университета Лиаром. Результатом переговоров становится решение: Парижский университет и Пастеровский институт внесут каждый по 400 тысяч франков и общими силами создадут Институт радия. Институт по этому проекту должен состоять из двух отделений: лаборатории по изучению радиоактивности и биологической лаборатории. Вторая должна будет заниматься, кроме прочего, практическим применением радиоактивности в медицине (уже тогда это называлось кюритерапией) — в основном лечением опухолей. Лабораторией по изучению радиоактивности должна была руководить Мария Склодовская-Кюри, биологической — профессор Клаудиус Рего, медик и выдающийся ученый.
Строительство Института радия началось в 1911 году, с тыльной стороны улицы, уже в то время носящей имя Пьера Кюри. Мария принимала самое деятельное участие в создании этого учреждения. Она была уверена, что деятельность института будет успешной на протяжении многих лет, и для этого она стремилась оснастить его по последнему слову науки и техники. Мария требовала, чтобы помещения были просторными и светлыми, чтобы в здании были лифты. Все эти требования казались архитекторам и чрезмерными, и даже невыполнимыми.
Здоровье Марии ухудшается: ежедневные поездки из Со в Париж становятся особенно утомительными. В январе 1912 года Мария намеревается переехать в столицу. Была даже подыскана квартира, но переехать Мария не успела — за два дня до нового года она тяжело заболела. Почти умирающую, ее отвозят в больницу.
Марию госпитализируют — физические и душевные силы покинули ее, ей предстоит тяжелая операция на почках. Марию оперирует Шарль Вальтер, знаменитый хирург. Он трогательно заботится о ней весь послеоперационный период, и Мария начинает выздоравливать.
После нескольких месяцев послеоперационного лечения Мария уезжает в Англию, к миссис Айртон, в ее уединенную виллу на морском побережье. Миссис Айртон, одна из верных подруг Марии, не покинула ее в этот мрачный период.
А тем временем в далекой Варшаве лелеют мысль о возвращении Марии на родину. Еще в 1911 году Варшавское научное общество избирает ее своим почетным членом. Члены общества планируют создать в Польше лабораторию для изучения радиоактивности. Руководить этим научным учреждением, как считают члены Общества, может только Мария Склодовская-Кюри.
В мае 1912 года из Варшавы в Париж отправляется целая делегация. Писатель Генрик Сенкевич от имени соотечественников просит Марию вернуться на родину:
Перед Марией тяжелый выбор — уехать на родину, где ее ждут и возлагают на нее большие надежды, и покинуть Францию, где ей было нанесено столько оскорблений, которая не признавала ее как ученую, или, не обращая внимания на преследования и оскорбления, продолжить дело, начатое вместе с мужем и возглавить Институт радия, на создание которого правительство наконец выделило финансирование. И Мария принимает трудное решение (это самоотверженный и мужественный поступок): она решает остаться во Франции, а в Варшаву отправляет своих учеников — Яна Даниша и Людовика Вертенштейна. К тому же она понимает, что организация нового научного учреждения в условиях Царства Польского потребует огромных затрат энергии, которой у нее сейчас просто нет. Однако она обещает, что возьмет под опеку польскую лабораторию и будет, насколько это возможно, следить за ее работой на расстоянии.