Не ограничиваясь чисто теоретическими результатами, Фредерик настойчиво думал об их практическом применении, изобретал и совершенствовал. В своих статьях — а они начали появляться в печати уже с 1927 года — он описал новый метод приготовления очень чувствительных электросопротивлений, приборов для измерения температуры и лучистой теплоты. Маститый английский физик Томсон воспользовался его методом приготовления тонких пленок золота и в одной из своих статей выразил благодарность молодому лаборанту из Института радия.

Одновременно Жолио разрабатывал новые методы электрохимического исследования радиоэлементов, нашел и проверил закон зависимости скорости выделения радиоактивного элемента из раствора. Сконструированный им прибор позволял обнаруживать выделение радиоактивного вещества даже в таких ничтожных количествах, как 0,00000001 грамма, причем эти количества точно измерялись, чего не удавалось достигнуть раньше.

Ему пришлось много учиться, овладевая новой специальностью. Мария Кюри вдумчиво направляла его. Он работал непосредственно в ее лаборатории, рядом, а часто и вместе с Ирен Кюри.

Сначала Ирен показалась ему холодной и замкнутой. Высокая, быть может, немного слишком мужественная девушка, с уверенным взглядом, с высоким, выпуклым лбом, над которым слегка вьются светлые волосы. Она задумчива, углублена в себя, молчалива, внешне неприветлива, всегда спокойна и невозмутима. Она безжалостно прямолинейна и правдива до резкости. Иные принимают ее сдержанность за высокомерность. Но ее кажущаяся холодность — это страстная внутренняя сосредоточенность.

О радиоактивности Ирен знала гораздо больше, чем Фредерик. Нередко она давала ему разъяснения, поражавшие его своей четкостью. Научные исследования Ирен делали ее достойной продолжательницей славной семейной традиции Кюри. У нее было уже несколько печатных работ. Как и мать, она делала всегда сама все препараты, никому не доверяла отсчеты по приборам. Ее научная работа отличалась глубиной подхода и точностью результатов.

Она только что защитила диссертацию на тему о пробеге альфа-частиц полония. В ее диссертации был применен чрезвычайно изящный метод одновременного наблюдения очень большого числа альфа-частиц.

Ирен была уже опытным экспериментатором, и мать поручила ей ознакомить нового лаборанта с техникой измерений. В общей работе они узнали и оценили друг друга.

Много лет спустя Фредерик Жолио вспоминал: «Тогда мне и в голову не приходило, что когда-нибудь мы сможем пожениться. Но я наблюдал за нею. Все началось с наблюдений. При ее внешней холодности, такой, что она иной раз забывала поздороваться, она не вызывала симпатий среди окружающих, в лаборатории. Наблюдая за ней, я открыл в этой девушке, которую многие считали лишь чем-то вроде  «неотесанного камня», существо крайне поэтичное и тонкое. По характеру она во многом была живым воплощением своего отца. Я много читал о Пьере Кюри, слышал рассказы профессоров, знавших его, и я встретил в его дочери ту же чистоту, тот же здравый смысл, то же спокойствие…»

Сначала Фредерику казалось, что Ирен — только исследователь, что она живет исключительно лабораторией. Но очень скоро он узнал, что Ирен — великолепный спортсмен, она прекрасный гребец, неутомимый ходок по горам, непревзойденная лыжница. Это еще сильнее подняло ее в глазах Фреда, по-прежнему увлекавшегося спортом.

Оказалось далее, что Ирен великолепно знает поэзию, не только французскую, но и немецкую, английскую, польскую. Она и сама пишет стихи, переводит на французский стихи Киплинга.

Они были совсем разными по характеру — живой, увлекающийся, горячий, экспансивный Фредерик и спокойная, рассудительная, сдержанная Ирен. Но чем больше узнавали они друг друга, тем больше сближались.

Они работали в лаборатории вместе, и понемногу вошло в обычай, что после работы Фред провожал Ирен домой на Бетюнскую набережную, где она жила с матерью и сестрой. А затем последовали вылазки в лес, долгие прогулки в горы.

И постепенно — как вспоминал позже Фредерик — «Мы поняли, что нам трудно будет обойтись друг без друга. Характеры у нас были разные, но как бы взаимно дополняющие. А ведь для работы и для жизни лучше всего союзы не одинаковых, но взаимно дополняющих характеров».

Брак Фредерика Жолио и Ирен Кюри был зарегистрирован 4 октября 1926 года.

Ирен Кюри стала не только подругой жизни Фредерика Жолио, матерью его детей, но и верным товарищем в научной работе, а потом соратником в битве за мир.

Совместная научная работа Ирен Кюри и Фредерика Жолио ведет свое начало с 1926 года. И дальше, всю жизнь, они работали вместе, и в юности и позже, когда оба стали всемирно прославленными учеными, оба — руководителями больших институтов, оба — борцами за Науку, за Мир.

Всего за свою жизнь Фредерик Жолио опубликовал около ста двадцати научных работ. Из них больше шестидесяти выполнены им вместе с женой. Сначала авторы подписывались «Ирен Кюри и Фредерик Жолио», затем, объединив фамилии, стали подписываться «Ирен и Фредерик Жолио-Кюри».

Первые годы их совместной жизни были безмятежно счастливыми и спокойными. В 1927 году у них родилась дочь Элен, в 1932 году — сын Пьер.

Когда прекратилась стипендия «фонда Кюри», Фредерику пришлось думать о заработке. Не оставляя работы в Институте радия, он взялся за преподавание физики в частной школе.

В 1930 году, после защиты докторской диссертации (на тему об электрохимии полония), он был назначен научным сотрудником Национального фонда наук и получил возможность оставить школу, посвятив все свое время научным исследованиям, по-прежнему в лаборатории Кюри, неизменно вместе с Ирен.

Первое время после женитьбы молодожены жили вместе с Марией Кюри, затем поселились отдельно, но бывали в доме на Бетюнской набережной почти ежедневно. У них одни интересы, одна работа. Нередки и научные споры, когда Мария и Фредерик перебивают друг друга так быстро и напористо, что даже Ирен не успевает вставить слово.

Каждое лето они проводят вместе в приморской деревушке Ларкуэст в Бретани, излюбленном месте отдыха парижских профессоров. На каникулах здесь собирается избранное общество: историк Шарль Сеньобос, биолог Луи Лапик, астрофизик Шарль Морен, математик Эмиль Борель, физики Жан Перрен, Андре Дебьерн, Виктор Оже. Они такие же загорелые, так же одеты и так просто держатся, как и коренные жители Ларкуэста, бретонские моряки. Только научные споры, разгорающиеся подчас на пляже или на рыбачьей лодке, выдают парижских ученых.

Здесь Фредерик всей душой отдается своей страсти: рыбной ловле. Живо жестикулируя и, правду сказать, разводя руками несколько шире, чем того требует истина, он рассказывает рыбакам, какую огромную щуку он поймал в Сене: «Вот такую». Высушенные головы громадных рыб он хранит как трофеи в своем рабочем кабинете в Париже.

«Знаете ли, — подшучивает Ирен, — бывают ведь мужья, которые хранят на сердце фотографию жены. Попросите-ка Фреда показать, чью фотографию носит он с собой». В бумажнике, как оказалось, бережно хранится фотография огромной щуки, поимкой которой так безумно гордится Фредерик Жолио.

Фредерик и Ирен ловко управляют яхтой, уплывая далеко в море. А вечером при свете фонариков они отплясывают с рыбаками на деревенской площади и поют с ними народные песни. Старики, покуривая трубочки, степенно расспрашивают полюбившихся им гостей: «Что нового в Париже?» — и допоздна идет беседа в деревенском трактире.

Освеженные, веселые, возвращаются Жолио-Кюри осенью в Париж. Снова за работу!

Свои совместные исследования по радиоактивности они начали с того, что изготовили сами, своими руками самый мощный по тому времени источник альфа-лучей: препарат чистого полония еще небывалой интенсивности. Извлечение чистого полония, очистка его, накопление были операциями очень сложными и опасными: интенсивное излучение полония вредно для человека, с чем в то время считались еще недостаточно. Должно быть, именно тогда Фредерик и Ирен получили наибольшие дозы облучения.