В году первой мировой войны Ирен была активной помощницей матери по обслуживанию рентгеновских установок и обучению рентгенотехников. После окончания войны она стала студенткой Сорбонны. Девушка не колебалась в выборе своего пути. Физика стала целью ее жизни.

В 1925 году Ирен защитила диссертацию и продолжала работать в лаборатории Марии Кюри над исследованием радиоактивности,

К моменту вступления Ирен и Фредерика Жолио-Кюри в науку в области ядерной физики были сделаны важные открытия: изучено явление естественной радиоактивности, получено экспериментальное подтверждение ядерной модели атома, осуществлена первая ядерная реакция. В результате бомбардировки азота альфа-частицами Резерфорд получил кислород. Дальнейшие опыты показали, что, воздействуя альфа-частицами на легкие элементы, можно получить ядерные реакции, которым сопутствует появление протонов. Для проникновения в ядра более тяжелых элементов нужны были альфа-частицы, обладающие весьма большими энергиями. В связи с этим Жолио вместе с женой прежде всего задались целью получить мощный источник альфа-частиц. В этом смысле очень ценным являлся полоний, испускающий преимущественно эти частицы. Кропотливо

изыскивая новые методы приготовления полониевых источников, молодые ученые получили излучатель интенсивностью в милликюри, с помощью которого систематически стали изучать ядерные реакции.

В 1920 году Резерфорд высказал предположение, что в ядре атома существует не имеющая заряда частица, масса которой равна массе протона. Эту частицу он предложил назвать нейтроном и даже предсказал ее свойства, хотя его усилия получить нейтрон экспериментальным путем успеха не имели. В 1930 году немецкие физики Беккер и Боте наблюдали интересное явление: при бомбардировке альфа-частицами легких элементов, бора и бериллия возникало очень сильное излучение, проникающее свободно через свинцовую пластинку толщиной в 10 см. Они предположили; что здесь имеет место рождение гамма-лучей с большой проникающей способностью.

Ирен и Фредерик Жолио-Кюри решили подробно исследовать таинственное излучение, изучить его ионизационную способность. Вскоре они убедились, что оно не имеет электромагнитной природы. Но тогда что же это за излучение, которое очень незначительно ионизирует атомы веществ, встречающихся на его пути, но неожиданно сильно поглощается веществами, содержащими самый легкий элемент — водород, и выбивает из этих веществ ядра водорода — протоны?

Ученик Резерфорда Чедвик в лаборатории Кавендиша повторял опыты Жолио-Кюри, усовершенствовав их методику, он обнаружил, что это странное излучение может выбивать не только протоны, но и ядра других легких элементов. Чедвик сделал окончательный вывод, что излучение состоит из частиц с массой, равной единице, и зарядом, равным нулю. Так гипотетический нейтрон Резерфорда, родившийся в его воображении, благодаря опытам Жолио-Кюри и Чедвика получил права гражданства. За открытие нейтрона Чедвику присудили Нобелевскую премию. Это открытие позволило советскому физику Д. Д. Иваненко создать модель, протонно-нейтронного строения ядра, лежащую в основе современной ядерной физики. История этого открытия — яркий пример интернационального сотрудничества ученых разных стран: немцев, французов, англичан, русских.

После открытия нейтрона началось интенсивное исследование атомных ядер. Появилось большое количество работ. Во главе исследователей шли Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Они продолжали изучать ядерные реакции, сопровождающиеся появлением нейтронов, и печатали свои научные сообщения. Только в 1932 году ими опубликовано 11 статей.