富蘭克林不僅是一位傑出的美國政治家，也是一位科學家。他出身於美國波士頓的一個蠟燭製造工的家庭，由於孩子多，父親收入不高，生活相當貧寒，只念了二年書，就去當學徒，工作時間很長，但仍利用業餘時間，刻苦自學。他自小熱愛自然科學，然而在四十歲前，終日為生活奔波，沒有時間進行科學研究，他在科學上的成就大多在四十歲以後取得的。多年來，不管工作如何繁忙，總是勤奮自學，他自學了義大利文、西班牙文等多種外語，廣泛接受了多方面的知識，終於成為電學研究的先驅。
富蘭克林用萊頓瓶做的第一個重要實驗是發現了正電和負電以及電荷守恆定律。他讓A、B兩人分別站在絕緣的箱子上，A摩擦一支玻璃棒，然後讓B用肘部接觸這根玻璃棒，並讓A、B分別與站在地上的第三個人C相互接觸。結果發現A與C及B與C之間都有火花。這說明A、B兩人都帶電。重複這個實驗，但讓A、B帶電之後，先相互接觸，然後再與C接觸，結果都沒有火花。這說明A、B兩人在相互接觸後都不帶電。為了解釋這種現象，富蘭克林提出了單元電液理論，他認為平衡時電液以一定的比例存在於物質之中。上述實驗中，摩擦的作用使得A身上的某些電液轉移到玻璃棒上，B與玻璃棒接觸後又傳到B身上，因此A缺少電液，而B多餘電液；A與B相互接觸，又使多餘電液傳回到A身上，從而又使A、B都帶有正常數量的電液，既不多又不少，故不顯電性。 在此基礎上，提出了正電與負電的概念：認為缺少電液，就帶負電，用「－」號表示；多餘電液就是帶正電，用「+」號表示。而且正負電荷可以相互抵消。在此之前，人們只能定性地討論「玻璃電」(摩擦玻璃棒所得的電)和「琥珀電」(摩擦琥珀所得的電)，認為是兩種電，而富蘭克林把它們統一為一種電。他提出的正、負電，不僅僅是符號上的改變，而且為定量研究電現象提供了一個基礎，使得人們第一次有可能用數學來表示帶電現象。
富蘭克林還認為摩擦之所以起電，只能使電液從一個物體轉移到另一個物體，「電不因摩擦而生，只是從摩擦者轉移到了玻璃棒，摩擦者失去的電與玻璃棒獲得的電嚴格相同」。這就是通常所說的電荷守恆原理。富蘭克林的理論足以解擇當時人們已知的絕大多數靜電現象。不過從現代觀點看，所謂電液當然是不存在的，用它來解釋電現象也是不正確的，但儘管如此，正、負電的概念和電荷守恆的原理至今仍為正確，一直延用至今。
富蘭克林的另一項重大實驗就是證明了雷電與摩擦電本質是一致的，從而徹底破除了人們對雷電的迷信。長期來由於雷電的破壞性很大，人們都有一種恐懼的心裡，宗教為愚弄人民，說「雷電」是「上帝之火」，是天神發怒的結果。富蘭克林卻不相信這種說法，一直在思考著雷電的電與摩擦電本質上是否一樣，有什麼區別。有一天為加大容量，將幾隻萊頓瓶聯起來作實驗，當實驗正在進行肘，他的夫人麗達進來觀看，一不小心碰例了萊頓瓶，突然閃過一團電火，隨著一聲轟響，麗達被電擊倒在地，不省人事，經搶救脫險，在家整整躺了一個星期。這起事故給富蘭克林留下了特別深刻的印象尤其是那伴隨著轟鳴聲的電火，使他聯想起暴風雨中的雷電不也是電光閃閃，轟聲隆隆嗎?因此他覺得很有必要將雷電捉下來研究。於是在1752年7月一個雷雨天作了著名的費城實驗，企圖把天電捉下來看看。富蘭克林用綢子作了一個大風箏，風答頂上安上一根尖細的鐵絲，用來捉電，並用麻繩與這鐵絲聯起來，麻繩的末端拴了一根銅鑰匙，鑰匙塞在萊頓瓶中間。他和他的兒子一起將風箏放到天空中，這時一陣雷電打下來，富蘭柯林頓時感到一陣電麻，於是他起緊用絲綢手帕把手裡的麻繩包起來，繼續捉天電當他用另一隻手去靠近系在麻繩上的銅鑰匙，藍白色的火花向他手上擊來，這時麻繩上鬆散的毛毛頭向四周豎立起來，天電終於捉下來了。富蘭克林用這種方法使萊頓瓶充電，發現這種天電同樣可以點燃酒精燈，也可以做用摩擦過的玻璃棒所做的其他許多電的實驗，從而證明天電與地電的一致性。
富蘭克林的實驗有很大的危險性，他之所以末出人身事故，完全是一種僥倖。當富蘭克林的實驗傳到俄國彼得堡後，俄國科學院院士利赫曼教授及其學生羅蒙諾素夫也研究了這個實驗，對雷電現象作了大量的研究。他們設計製作了一個裝有金屬尖杆的「檢雷器」，想測定雲中有沒有電。1753年夏天，利赫曼教授在實驗室作實驗時，看到雷雨欲來，便匆匆回家，準備觀察儀器的指針有什麼變化，不料一個劈雷突然打下來，擊倒了利赫曼教授，待羅蒙諾索夫聞訊趕來時，利赫曼教授已為人類的科學事業貢獻了自己的生命。因此人類在攀登科學高峰的過程中，需要付出艱辛的勞動，甚至為之獻出生命。 在弄清了雷電的本質後，富蘭克林就提出了用避雷針來保護建築物的建議，1754年首先在普蘭梯茲城安裝了避雷針。有人問他，你怎麼想到尖端能削弱雷電？他回答：從各個方面看到雷電酷似靜電放電如它們的顏色、扭扭曲曲的放電路徑、聲音、危害性等，把這兩者統一起來是合情合理的，因此提出用一個矗立的尖端去吸引雷電的主張。 避雷針的發明是電學理論的第一個實際應用，它反過來又促進了電學的研究。