Debierne upptäckte 1899 grundämnet aktinium. Tillsammans med Marie Curie framställde han 1910 ren radiummetall. Han var professor vid l’École de physique et de chimie de Paris 1912–46 och efterträdde 1935 Marie Curie som professor och avdelningsföreståndare vid l’Institut du radium i Paris. Sina sista år ägnade han åt studier av