Po śmierci siostry i matki Maria wpadła w depresję, straciła też wiarę w Boga i stała się ateistką. Cytat: her Catholic faith evaporates under influence of father, [page] 51., a według Reida agnostyczką. Cytat: Unusually at such an early age, she became what T. H. Huxley had just invented a word for: agnostic..
Gdy Maria miała 10 lat rozpoczęła naukę na pensji dla dziewcząt, którą wcześniej prowadziła jej matka. Następnie kształciła się w III Żeńskim Gimnazjum Rządowym, które ukończyła w 1883 r. ze złotym medalem. Kolejny rok spędziła na wsi u ziemiańskiej rodziny jej ojca, gdzie regenerowała siły fizyczne i psychiczne po bolesnych przeżyciach związanych ze śmiercią matki i siostry. Po powrocie do Warszawy udzielała korepetycji z matematyki, fizyki, języków obcych (znała polski, rosyjski, niemiecki, angielski, francuski). W Warszawie Maria poznała Bronisławę Piasecką – nauczycielkę, którą przepełniały idee pozytywizmu. Pod jej wpływem Maria wraz z siostrami – Bronią i Helą wstąpiły na Uniwersytet Latający. Był to czas, kiedy młode Skłodowskie poznały wybitnych profesorów, którzy przekazali im zakazaną przez władzę wiedzę.