F. studierte Physik bei Max Planck an der Friedrich-Wilhelms-Universität (heute Humboldt-Universität) und bei Emil Warburg (18461931) in Göttingen. Zunächst als Assistent am Physikalischen Institut der Universität, Reichstagufer 78, tätig, wirkte er dort seit 1911 als Privatdozent. F. nahm bis zu seiner schweren Verwundung 1917 am I. Weltkrieg teil und war anschließend im Kaiser-Wilhelm-Institut tätig. Von 1919 bis 1921 leitete er eine Abteilung am Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft (Zehlendorf). Seit 1911 forschte er mit Gustav Hertz auf dem Gebiet der Gasentladungsphysik, wofür beide 1925 den Nobelpreis für Physik erhielten. 1920 folgte F. einem Ruf nach Göttingen. Am 31. 10. 1929 wurde F. zum Korrespondierenden Mitglied der Akademie der Wissenschaften gewählt. 1933 wegen seiner jüdischen Herkunft aus dem Lehramt vertrieben, emigrierte er in die USA, wo er am amerikanischen Atomprojekt beteiligt war und 1945 mit dem Franck-Report die amerikanische Regierung vor den Folgen des Einsatzes von Atomwaffen warnte. Eine Gedenktafel am Nachfolgebau des Physikalischen Instituts in der Wilhelmstraße 67 A erinnert auch an F.