Hän sai Nobel-palkinnon vuonna 1911 "arvostuksena hänen panoksestaan kemian edistämiseen löytämällä elementit radium ja polonium, eristämällä radiumin ja tutkimalla tämän merkittävän elementin luonnetta ja yhdisteitä". Hän oli ensimmäinen henkilö, joka voitti tai jakoi kaksi Nobel-palkintoa, ja jää yksin Linus Paulin kanssa Nobel-palkittuina kahdella alalla. Kuninkaallinen Ruotsin tiedeakatemia rohkaisi häntä palaamaan Puolaan ja jatkamaan tutkimustaan hänen kotimaassaan. Hän sai Nobel-palkinnon toisella kertaa vuonna 1912. Hän päätti viettää suurimman osan Nobel-palkinnostaan tukemalla kemian kehittämistä löytämällä elementit radium ja polonium, eristämällä radiumin ja tutkimalla tämän merkittävän elementin luonnetta ja yhdisteitä. Hän palasi Englantiin vuonna 1912, kun hänen ystävänsä oli tullut käymään Ranskan armeijan laboratoriossa, joka sai nimekseen Radium-instituutin, mutta sen rakentajat hylkäsivät hänet.
Linus Pauling