1750年5月，富蘭克林在給柯靈遜的信中，提到了金屬棒尖端的奇妙特性，這時他對避雷針已經有了初步的設想，可是他當時隻考慮到利用尖端容易吸收電流的原理，打算把天空的雷電引導下來，以為這樣就可以免遭雷擊，而沒有想到在尖端金屬棒下端，接上一條地線，把雷電導入地下。
經過兩個月的反複實驗和觀察，他寫了一篇題為《電的性質和效力之探討及1749年從費城幾次實驗中獲得使建築物、船隻等免遭雷擊的方法》的論文。在這篇論文中，他已經注意到，在利用金屬棒尖端把天空的閃電引導下來的同時，必須有一條金屬線，把電導入地下，這樣才能使地麵建築物免遭雷擊。
1751年春天，柯靈遜出資把富蘭克林的論文印成小冊子，並請富蘭克林的一位可靠的老朋友福瑟吉爾博士寫了一篇序言。小冊子流傳到法國，立刻引起法國各界人士的關注。一時富蘭克林的名字竟成了新奇事物的同義詞。法王路易十五還特地請了法國著名科學家，當著他的麵，按照富蘭克林的論文示意做實驗給他看。
1752年6月，富蘭克林做了一次轟動世界的實驗。
那是一個悶熱的下午，天空上懸著灰蒙蒙的浮雲，壓得人們喘不過氣來。狂暴的陣風呼嘯而過，那閃閃的電光，曲折地劃破長空，引來了震耳欲聾的驚雷聲。這正是富蘭克林盼望的天氣。
他的計劃是把雲層上的電引下來，以便證明天空的閃電和人工產生的電，同屬一種性質。他注意到，高大的樹木，教堂的尖頂、船隻的桅杆等，凡是高聳的目標，都容易引導雷電。他原先打算等當地正在建造的教堂落成後，利用教堂鍾樓的尖頂，再接上長長的金屬棒，吸引雲層上的電，可是那教堂建造的速度很慢，他等不及了；他得另找一種高入雲霄的東西來代替塔尖。他決定用風箏。由於得在雷電交加的雨天進行這項試驗，他用絲綢代替紙張，做成了一隻風箏，風箏頂端縛上一條尖得像針似的金屬線，作為吸引電的“先鋒”。他把穿在風箏上的繩子當做導體，繩子的末梢係上作絕緣體的綢帶，綢帶的另一端則在試驗者的手中。這樣吸引下來的雷電，就不會通過試驗者使他觸電了。在綢帶和繩子的交接處，掛上一把鑰匙，作為斷路器。
富蘭克林把他的兒子威廉叫到跟前，告訴他今天所做試驗的內容，並且要他做這次試驗的助手。父子倆悄悄地收拾起風箏，奔向離他們家不遠的草坪，那裏有一個小木棚，正好可以作為他們躲避風雨的場所。
風更緊了。這正是放風箏的好時機。富蘭克林頂著狂風和雷電，把風箏送上了天。大雨如注，雪亮的閃電像銀蛇似的，不時地在空中蜿蜒。富蘭克林指揮著兒子不要讓風箏的緞帶被雨淋濕，不要讓風箏繩子擦到棚子，以免發生危險，同時他仔細地觀察著風箏放飛情況。
突然，廉威叫了起來：“看哪，繩子上的纖維都豎起來啦！”
這就是電！富蘭克林伸出一隻手指，和風箏的繩子並行著上下移動。（注意！他沒有碰到繩子！）說也奇怪，繩子上的毛茸茸的纖維隨著他手指的動作，也一上一下地擺動起來。他握緊拳頭，小心地伸到係在繩子和綢帶間的鑰匙旁邊。劈啪！一個火花從那裏閃了出來，打在他的腕節上，他感到一陣麻木，趕緊把手縮了回來。
試驗成功了！它證實了：閃電就是電。
接著，他決定在室內做避雷實驗。他在附近的鐵匠鋪裏，定製了一條3米多長、頂端尖的細鐵棒，把它安在煙囪頂上。鐵棒的末梢拴上金屬線。凡是金屬線接觸到屋子的地方，都給它套上玻璃管。他把金屬線沿著樓梯，引到屋子的中間，最後把它係在一個金屬水泵上，這水泵是通向地下的，這樣從煙囪頂上引導下來的電，就乖乖地進入地下去了。他又把樓梯上靠近他臥室的那一段金屬線分成兩股，兩股之間的距離約6英寸。他在那兩股線上，各掛上一隻小鈴，鈴的中間，用絲線吊著一隻小銅球。
在富蘭克林的率領下，一家人站在樓梯上看這個有趣的設計。隻要天空出現一道強烈的閃電，那係在絲線上的小球就不斷地左右擺動，這樣小鈴鐺就發出清脆而又悅耳的響聲。
有一天晚上，富蘭克林一家睡得正濃，突然臥室外邊一聲霹靂，仿佛是什麼東西爆炸了似的，把一家人都驚醒了，富蘭克林立刻從床上跳了起來，衝到室外。隻見一道道眩目的白光，在兩隻鈴鐺之間，川流不息地閃現著。那隻銅球卻被擠在一邊，恰好和金屬線形成直角。
那道白光亮極了，簡直和太陽光一樣。
他的妻子黛博拉害怕極了。富蘭克林嚴肅地說：“這就是擊在我們屋頂上的雷電。它通過煙囪頂上的金屬棒，正經過這裏導向地下。要不是安上那條金屬棒——避雷針，我們的屋子早被擊毀了。”
隔了一天，富蘭克林把他的實驗經過寫成文章，在報上發表。由於這是一個新的發現，他得用一些新的術語來說明他的實驗，例如：電池組、電荷、電極、電弧，電流等等。文章發表後，這些術語都被其他科學家們采用了，而且被譯成各種語言文字。新發明很快就推廣開來，從美洲到歐洲，乃至世界各地。這麼細細的一條金屬棒不知拯救了多少人的性命，免除了多少房屋遭受毀壞啊！
他拒絕了專利局授予他發明避雷針的專利權，對富蘭克林來說，為人類作出一點有益的貢獻，是他最大的幸福。
在此之前，富蘭克林還發明了新式火爐，被稱之為“富蘭克林火爐”。1753年，他研製了醫學史上第一個具有伸縮性的導尿管；試驗了物體傳熱靈敏度；以後又研究了液體蒸發時熱量的散失情況，和鉛中毒效應及其他力學原理。即使在晚年，他還致力於科學試驗，測量海流，研究改進航海技術，研究水聲學，並在法國宣讀了論北極光性質的文章。
富蘭克林曾是美洲哲學會的中心人物，四次擔任英國皇家學會理事會理事，曾獲得哈佛大學和耶魯大學的榮譽碩士學位，以及英國的愛丁堡大學、聖安德魯大學和牛津大學博士學位。富蘭克林不是“閉門造車”的專業研究者，他對科學的許多貢獻幾乎都是在參加社會活動的同時完成的。他勇於作實際的試驗，經常把科學研究與實際生活結合起來。他培養了許多科學家，鼓勵人們去鑽研科學。他的科學發明和發現為人類作出了寶貴貢獻，在當時大大促進了北美各殖民地科學文化的發展。富蘭克林不愧是一個偉大的科學家。
八、獨立先驅
富蘭克林在科學研究的同時，也熱衷於社會政治活動。早在1754年，富蘭克林以賓夕法尼亞州代表的身份出席了北美各殖民地在紐約州的首府奧爾巴尼舉行的代表大會。在會上，他提出了著名的奧爾巴尼聯盟計劃。主張各殖民地組成聯盟，北美和英國在平等的基礎上組織聯盟。這一計劃因英國反對而失敗。
1757年，已經51歲的富蘭克林又代表賓州議會，為製止殖民地總督威廉·賓的兒子的不法行為，到倫敦向英王請願。他寫文章，造輿論，揭露殖民製度的罪行，致使鬥爭取得了部分成功。富蘭克林的後半生主要從事外交活動。
1765年3月，英國政府為了進一步加強對殖民地的控製，榨取北美財富，就巧立名目，頒布一種很苛刻的《印花稅法》，即一切文件、契約、合同、執照、文憑、報刊及其他印刷品，甚至結婚證書、遺囑都要貼上印花，才能有效。殖民地人民雖然竭力反對，但這個法令還是強行通過了。
富蘭克林在開始時態度比較溫和，主張維護英國的權威，表現出他在那時反對英國殖民統治的思想很不徹底。這在1760年他寫的《大不列顛利益的考慮》一文中，清楚地暴露出來。另一方麵，由於身在英國，他不知道家鄉人民對印花稅的反對是多麼激烈，後果如何嚴重。
帆船從紐約到倫敦經過6個月的航行，把同胞反對印花稅的消息帶給了富蘭克林。富蘭克林預感到革命風暴的來臨，於是，他站在人民的立場上，在英國下議院辯論時，堅決主張廢除印花稅法，並答複了關於廢除這個條例的174項問題。在富蘭克林的勸說和鬥爭下，許多人改變了態度。印花稅在實行後的第二年被迫取消。富蘭克林在這次鬥爭中發揮了一定作用。
1770年，馬薩諸塞、新澤西、佐治亞州議會也委托他作為駐英代理人，調解宗主國與殖民地的爭端。
1773年，英國準許東印度公司將茶葉直接售給北美殖民地零售商，企圖壟斷北美殖民地的茶葉貿易。12月16日，波士頓市民8000人集會，要求抵達港口的東印度公司茶船撤離港口回航，鬥爭遭到失敗。當晚，波士頓茶商化裝成印第安人，搶登3艘運茶船，將茶葉全部傾入海中。這就是著名的波士頓傾茶事件”。英國政府采取了嚴厲的鎮壓措施。1774年3月至6月，英國議會陸續製訂了對北美殖民地實行高壓統治的五項“強製法”（又稱“不可容忍法”）；主要內容是：
1.封閉波士頓海港法：在波士頓人民償付傾倒入海的茶葉價款以前，封鎖該港；
2.司法行政權法：英國殖民官員犯罪，根據英國法律審判；
3.馬薩諸塞政府法：取消馬薩諸塞地方憲法及其自治地位，議員、法官及各級官員由英王總督任免；不經總督書麵批準，不得舉行集會；
4.新駐營法：英軍可以不經主人的同意進入私人住宅，以及一切旅館、酒店和公共建築物駐軍；
5.魁北克法：把俄亥俄以北、賓夕法尼亞以西的廣大地域，劃歸英國新近從法國手中取得的直轄殖民地魁北克。
與英國殖民統治者的願望相反，五項“強製法”起了動員殖民地人民團結反英的作用。