Ekspozycję stałą tworzy obszerny zbiór oryginalnych notatek i listów Marii Skłodowskiej-Curie, a także fotografii, dokumentów oraz rzeczy osobistych badaczki i jej rodziny. Wśród eksponatów znajdują się znaczki, medale oraz banknoty upamiętniające uczoną, jak również rzeźby autorstwa znanych polskich artystów, m.in. Ludwiki Nitschowej, Zofii Wolskiej i Alfonsa Karnego.
Fragment wystawy zaaranżowano jako paryskie laboratorium Marii i Piotra Curie, w którym prezentowane są m.in. używane przez uczonych przyrządy pomiarowe. Ostatnia przestrzeń ekspozycyjna, Salonik Skłodowskich i Curie, stanowi symboliczne odzwierciedlenie dwóch salonów związanych z osobą noblistki, warszawskiego i paryskiego. W aranżacji wykorzystano rodzinne pamiątki i obiekty z epoki Madame Curie.
Muzeum gromadzi zbiory, organizuje wystawy czasowe, wykłady, spotkania autorskie i wydarzenia artystyczne. Prowadzi także działalność wydawniczą oraz sprzedaż książek i pamiątek. Instytucja patronuje przedsięwzięciom poświęconym Marii Skłodowskiej-Curie, jak również innym kobietom w nauce i kulturze. Utrzymuje kontakt z krewnymi noblistki oraz organizuje spotkania z ich udziałem.