En 1936, nommée membre du gouvernement du Front populaire en tant que sous-secrétaire d'État à la Recherche scientifique, Irène fit partie des trois premières femmes à siéger dans un gouvernement français.
Frédéric, nommé professeur au Collège de France y fit construire le premier cyclotron (accélérateur de particules). Après la découverte de la fissure de l’uranium, il apporta une preuve physique du phénomène et étudia les conditions de réalisation de la pile atomique à uranium et eau lourde.
En 1940, face à l’avancée de l’armée allemande, il réussit, heureusement, à faire passer en Angleterre les documents et les matériaux relatifs à ses recherches avant que son laboratoire et ses équipes ne se retrouvent dépendants de la Wehrmacht.
Membre du parti communiste et président du mouvement de Résistance Front national à Paris, il participa à l’insurrection de la capitale où les « cocktails » de son invention firent des ravages sur les chars allemands.
Bien que, grâce à nos deux savants, le programme nucléaire militaire français ait été le plus avancé de l'avant-guerre, ce furent les Américains, avec le projet Manhattan, qui aboutirent, le 16 juillet 1945, à l'explosion de la première bombe atomique dans le désert du Nouveau-Mexique.
Après la guerre, la reconstruction exigeait une énergie abondante et bon marché tout en préservant l’indépendance énergétique de la France. C’est ainsi, qu’en octobre 1945, naquit le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) dont Charles de Gaulle confia la direction à Frédéric, alors directeur du CNRS. A lui de diriger la construction du premier réacteur nucléaire à Fontenay-aux-Roses (1948). Irène, avec d’autres proches collaborateurs, fut nommée au Conseil scientifique de l’organisme.
Mais en 1950, pour des raisons politiques -probablement en raison de sa forte implication dans la diffusion de « l’Appel de Stockholm », pétition contre l'armement nucléaire lancée par le Conseil mondial de la paix dont il était le président- Frédéric fut relevé de ses fonctions. Irène, qui parallèlement était maître de conférences, professeur à la chaire de physique générale et radioactivité à la Sorbonne depuis 1946, partageait les mêmes idéaux pacifistes de son mari. A ce titre, elle s'éleva contre les usages militaires de l'énergie nucléaire. Elle obtint le prix international de la paix du Conseil mondial de la paix en 1950 et signa, elle aussi, « l’Appel de Stockholm » ce qui lui valut également d’être révoquée.
Comme pour sa mère, la porte machiste de l’Académie des Sciences lui resta fermée…
En 1956, Irène, victime, comme Marie, d’une leucémie due à la surexposition aux rayonnements radioactifs au cours de ses recherches, mourait prématurément. Après les hommages, elle fut inhumée près de ses parents au cimetière de Sceaux.