從此以後，富蘭克林對於電學更是著迷了，經過與妻子博拉商量後，他決定把印刷所轉讓出去，並在家裏專心建起了一間屬於自己的簡陋的實驗室，朋友們聽說他準備閉門專心從事電學的研究，都成了他熱心的助手和觀眾，他經常自己動手做好一些實驗器具，然後邀請朋友們一起來參與實驗，因而，他的家裏常常是熱鬧非凡的。
經過一段時間的反複實驗與摸索後，富蘭克林對靜電的特性漸漸有了自己獨特的見解。
後來富蘭克林在實驗中還發現了電荷守恒原理，那就是任何一個絕緣的體係中，總電量是一定，正負中和，電質重新平衡，從而成為第一個正確闡述電的性質的人。
同時，富蘭克林用萊頓瓶也作了很多新實驗。他在實驗中發現，用尖端的物體接近萊頓瓶中的鐵杆，會閃現較強的電火花，若用圓端的物體去接觸，則火花會很弱，富蘭克林因此而推測，大海上行駛的船和桅杆上“神秘的火焰”， 大概就是一種尖端放電吧。盡管當時他還不能肯定雲層是否有電。後來，富蘭克林又用儀器證明了萊頓瓶內外兩層所帶的電，極性雖然相反，但電量是相等的。這些實驗中的新發現，都使富蘭克林深受鼓舞。
當然，實驗中也曾經有過一些不小的麻煩，有一次，他把幾十隻萊頓瓶聯在一起，想加大放電量，可是當時在他身旁給他幫忙的博拉一不小心碰了萊頓瓶的金屬杆一下，博拉當即被電擊倒在地上，這次意外的事故給富蘭克林留下了深刻的印象，他由此聯想到了排山倒海般的雷霆閃電，但從那以後，他更加注意實驗的嚴密性、謹慎性，科學實驗研究，是需要人們拿出百分之百的細心和耐心的。
經過查閱大量的有關雷電的資料後，他心裏產生了一個大膽的想法。雷電絕對不是什麼氣體爆炸，一定是一種放電現象，隻是當時他沒有想出一個切實可行的辦法來證明這個推論。
後來，富蘭克林特意把自己的這個想法寫成了一篇論文，寄給了倫敦的科學家——自己的好友科林遜，科學家為他的研究成果高興的同時，特意向英國的最高科學機構——皇家學會推薦了這篇文章。可惜的是，由於當時的富蘭克林在電學界名不見經傳，他的這篇論文並沒有引起學術權威的注意。
但是，富蘭克林毫不氣餒，他常常把自己在實驗中的新發現告訴科林遜，兩個人總是互相交流，在１７５１年，他還與科林遜一起出版了論文集《電學實驗集》，這是近代科學史上第一本係統的電學理論著作，出版後很是暢銷，富蘭克林的名字也逐漸被人們所熟悉。
富蘭克林知道，要證明自己的理論，最有力的就是用事實說話，可是怎樣才能證實閃電就是電的本質呢？有一天，他看到孩子們風中放飛的風箏，忽然想到，如果在雨天用風箏來作一個實驗，大概會有所發現吧。
於是，在一個陰雲密布的夏日，眼看暴風雨即將來臨了，富蘭克林和兒子威廉一起用一大塊絲綢手帕做了一隻大風箏。風箏是菱形的，是白色的，風箏的十字骨架上綁了金屬絲，便於導電。父子兩個人帶上了風箏和一隻萊頓瓶，準時向野外走去。
父子兩個人在狂風中將風箏升到空中，富蘭克林在風箏線的末端係上了一把銅鑰匙，用來阻擋上麵流下來的電並將電流導到瓶子裏去。突然一道劇烈的閃電劃過，風箏線仿佛被什麼拉動了一下，富蘭克林手中也有一絲麻的感覺。當他觸摸銅鑰匙的一瞬間，鑰匙上閃現了一串火花，他成功了。
這以後，富蘭克林又多次冒著生命的危險，多次收集雷電，進行了一係列的實驗，結果都表明雷電同電機產生的電荷是完全相同的。富蘭克林沒有忘記把這個喜訊告訴給遠在倫敦的朋友科林遜。
沒過多久，風箏實驗的消息，就傳遍了整個科學界。富蘭克林在電學方麵的理論，至此取得了決定性的勝利，他的有關電學方麵的著作，引起了學術權威們的重視，被譯為法文、德文、意大利文等，在全歐洲得到了公認。
在真理麵前，英國皇家學會的權威們對於以前不屑一顧的富蘭克林的論文重新評議，一一進行了實驗，他們誠懇地邀請富蘭克林作為皇家學會會員，並給他頌發了代表著科學界崇高榮譽的金質獎章，１７５３年，富蘭克林的科學研究開始走上了巔峰。