Fue uno de los primeros en aislar el elemento químico polonio,[2] junto a sus descubridores Pierre Curie y Maria Sklodowska-Curie.
Tras unos experimentos con pechblenda realizados en 1898, Pierre y María Curie habían predicho la existencia de un nuevo elemento, al que llamaron polonio.
Tras continuados estudios, en 1903 afirmó haber aislado un nuevo elemento al que llamó radiotelurio.
[4] Tras unos experimentos de María Curie, demostró que el elemento de Marckwald tenía las mismas propiedades y se trataba del mismo elemento al que los esposos Curie habían llamado polonio.
Estudió la resolución cinética,[7] un mecanismo enantioselectivo por el que dos enantiómeros muestran diferentes velocidades de reacción.