1941年到1942年，她在羅納德·諾里什（Ronald Norish，1967年諾貝爾化學獎得主）門下進行研究工作。1942年8月，由於第二次世界大戰的戰爭需求，富蘭克林進入位在泰晤士河上京士頓（Kingston upon Thames）的不列顚煤炭利用協會（英语：British Coal Utilisation Research Association）（British Coal Utilisation Research Association），在此期間對於煤的多孔性探討，助長了她往後對於強力碳纖維的研究，例如石墨。1945年，她以一篇論文《固態有機石墨與煤和相關物質的特殊關係之物理化學》（The physical chemistry of solid organic colloids with special reference to coal and related materials）獲得了物理化學的博士學位。
戰爭結束之後，富蘭克林於1946年前往法國巴黎工作，在當地的國家中央化學實驗室（Laboratoire central des services chimiques de l'État）待了三年，學習X射線晶體繞射技術。此外也發表了一些關於煤炭的研究論文，這些論文使她獲得了一些國際上的名聲，並且在一些化學工業獲得應用。1950年，富蘭克林受聘前往倫敦大學國王學院任職。
1951年1月，富蘭克林開始在國王學院進行研究工作，她所任職的部門是醫學研究委員會（Medical Research Council，簡寫為MRC）中，由物理學家約翰·藍道爾主持的生物物理研究單位。原本富蘭克林的研究主題應該是蛋白質的X射線晶體繞射，不過到了國王學院之後，藍道爾重新指派她投入DNA化學結構的研究。這所實驗室還有另外兩位成員正在進行這項研究工作，分別是莫里斯·威爾金斯與他的學生雷蒙·葛斯林。
1953年1月，威爾金斯由於以為華生與克里克早已不做DNA結構的分析，因此在未通知富蘭克林的情況下將照片51號拿給華生過目，並且詳細的解釋相關的研究結果。這使得華生與克里克取得了布拉格的同意，並在2月4日重啟對DNA結構模型的建構，以及在2月8日請求威爾金斯同意他們也進行相同研究，此時威爾金斯才知道自己先前可能已經透露太多。同時卡文迪許實驗室在MRC的代表，也是訪問委員會的成員之一马克斯·佩鲁茨（Max Ferdinand Perutz），也在克里克的要求下，將MRC報告拿給華生與克里克觀看。雖然這篇報告並非機密，但是透露研究成果給競爭對手的行為卻讓藍道爾大為光火。
在布拉格與藍道爾的介入下，《自然》（Nature）期刊於1953年4月25日同時發表三篇論文，順序是以華生與克里克為先，再來是威爾金斯等人，最後是富蘭克林。其中富蘭克林的論文是與葛斯林共同發表，論文名稱是《胸腺核酸的分子結構》（Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate）
富蘭克林到了伯貝克學院之後，在約翰·貝爾那旗下工作，開始將X射線晶體繞射技術應用在研究菸草鑲嵌病毒（TMV）的結構，並且由農業研究委員會（Agricultural Research Council，ARC）提供資金。1954年，她與克魯格（Aaron Klug）開始進行長時間的合作研究。1955年富蘭克林發表一篇論文，指出所有TMV顆粒的長度皆相同，這個結果與當時著名病毒學者諾曼·皮里埃（Norman Pirie）的想法矛盾，而最後證明富蘭克林的結果正確。
1956年夏天，富蘭克林在前往美國進行與工作有關的旅行時，察覺了健康問題，並且在同年9月發現腹部有兩顆腫瘤。在生病的期間，她有時會在克里克夫婦的家中修養。不過富蘭克林仍繼續她的工作，在1956年間發表了7篇論文，1957年則發表了6篇以上。後來她的團隊開始研究小兒麻痺病毒，並獲得美國國家衛生院的資助。1958年，富蘭克林返回正常的工作崗位，並前往生物物理研究協會（Research Associate in Biophysics）任職。
