我之所以为我，完全由于我的工作；我一生从不吃一块不由自己的血汗换来的面包。
——富兰克林
（一）
富兰克林从少年时代开始就十分热爱自然科学。他勤奋好学，善于思考，遇到问题时总是喜欢追根问底。他涉猎的研究领域相当广泛，对天文、地质、生物、机械、化工、医学和光学等学科都有着浓厚的兴趣。但由于商务和政务活动繁忙，他难以坐在实验室里潜心从事科学研究。
不过，这并没有阻止他对自然科学的热爱。他经常将遇到的各种问题和有趣的现象记录在本子上，一有空就动脑动手，进行一些有意义的发明创造。
例如，富兰克林曾在儿时发明了一种调色板式的游泳加速器；在凯姆印刷所时，他研究制造了铜版印刷机；在《穷理查历书》中，他加入了许多有关天文历法的研究内容；他还发明制造了一种被广泛推广使用的“富兰克林火炉”；等等。虽然这些都是零零碎碎的小发明创造，但却解决了生活中的许多实际问题，也显示出富兰克林作为一个自然科学家的巨大潜质。
早在公元前600年左右，古希腊的一些哲学家就发现，摩擦过的琥珀可以吸引细小的物体。这说明，人类对电和磁的认识由来已久，但对于电和磁的系统研究却是17世纪以后的事了。
1731年，英国科学家格雷（1670-1736）首次发现了有些物体能传电、而有些物体则不能的现象，这样就粗略地将导体和绝缘体区别开来。同时，格雷还注意到尖端放电现象，从而开始猜测：电火花和雷电是不是一样的东西？
1734年，法国科学家查尔斯·杜飞（1689-1739年）发现，将摩擦后带电的两根琥珀棒或两根玻璃棒悬挂起来后，它们会出现互相排斥的现象；可是，将带电的琥珀棒与带电的玻璃棒接触后，它们就会彼此吸引；而如果令它们互相接触，二者还将失去电的性质。由此，杜飞得出结论：电可以分为“琥珀电”和“玻璃电”两种，而且同性相斥，异性相吸。
到了1745年，荷兰莱顿大学的马森布罗克（1692-1761年）和德国的克莱斯特（1700-1748年）又各自发明了后来被称为“莱顿瓶”的蓄电池的最早形式；同时，格里凯发明的静电起电机也在18世纪获得了改进，它通过连续转动的摩擦随时可以方便地得到静电。
这两项电学仪器的发明，令许多科学家可以得到并积蓄电以供进行一些电学现象的观察和实验。不过，那时的人们对于莱顿瓶的瓶体本身（玻璃）、水和金属线在起电与放电过程中起什么作用还一无所知。
1746年夏，富兰克林返回波士顿探望母亲，同时也为祭奠辞世一周年的父亲。回到家后，他发现家中早已修葺一新，摆上了考究的家具，但由于没有了堆积如山的皂烛，富兰克林感到有些陌生，于是便到街上闲逛。不曾想的是，富兰克林在街上一下子就被来自英格兰的阿奇博尔·斯宾塞博士精彩的魔术吸引住了。
斯宾塞博士的所谓魔术，其实就是最简单不过的电学实验：他用摩擦生电的玻璃棒令彩色的纸屑翩翩起舞，用简陋的发电装置发出绚丽夺目的火花，当场击毙活蹦乱跳的母鸡，或者点燃远处的酒精灯……这样一个个惊险的节目表演令周围的围观者目瞪口呆，不时地爆发出热烈的喝彩声和惊呼声。
富兰克林自然不会像那些围观者一样，但他的确被电的巨大魅力深深慑服了，并由此产生了许多想法和疑问：电到底是如何产生的？“玻璃电”与“琥珀电”有什么区别？电火花和闪雷是同一种东西吗？……
带着这些思考，富兰克林亲自拜访了斯宾塞博士，并与斯宾塞博士进行了彻夜长谈，随后他又花大价钱买下了斯宾塞博士所有的电学实验仪器和表演道具。
母亲对富兰克林的行为十分不解，对此，富兰克林认真地对母亲解释说：
“电是一种神奇的天赐之火。有了它，人间就会像天堂一样，充满了光明。”
（二）
富兰克林将这些实验仪器运到费城，然后便如法炮制地进行斯宾塞博士的“魔术”，观众就是“共读会”和“哲学会”的成员，还有他的一些好友和工人等。他们都对那美丽的电光和它产生的神奇力量惊叹不已，并认为这一研究必定前途无量，因此纷纷以各种方式支持富兰克林的工作。技术娴熟的银匠辛恩还设计出一台机器，这大大地减轻了富兰克林在进行摩擦生电时的劳动强度。
不到几个月，富兰克林就从实验中得到了不少新发现，解决了当时电学中急待解决的问题——“莱顿瓶”的作用和原理。从中，富兰克林得出了极为重要的结论：
“电火花并不是由摩擦产生的，而是被收集起来的。电的确是一种在物质中弥漫着的，又能为其他物质，尤其是水和金属所吸引的基本要素。”
同时富兰克林还认为，“电火是永远不会被毁灭的”，“莱顿瓶”的全部力量和它的受震的威力都在瓶子的玻璃中间。至于与瓶子内外两面相接触的金属片，只能尽到发出电和收受电的功能。换句话说，电是从瓶子的一面发出，从另一面收受，即：电是一种在平常条件下以一定比例存在于一切物质中的要素。在富兰克林看来，电就是一种单纯的“流质”。
通过实验和结论，富兰克林初步解答了电是从何而来以及“莱顿瓶”的作用等问题，否定了在此之前科学家们关于“莱顿瓶”之所以能够发生强烈的放电是由于瓶中之水或金属箔金属线所致的推测。也就是说，富兰克林将“莱顿瓶”实验的神秘面纱揭开了，并将其置于一个可为人们所理解的科学基础之上。
富兰克林的这个结论为19世纪法拉第（1791-1867）对电介质所作的进一步研究奠定了基础。
经过研究，富兰克林又认为：既然电是一种单纯的“流质”，那当玻璃受到摩擦时，电就会流入玻璃中，使它带“正电”；而当琥珀受到摩擦时，电就会从琥珀中流出，使它带“负电”。于是，富兰克林就相应地将“莱顿瓶”内外两面的电荷正式定名为正电与负电，或阳电与阴电，并用正号“＋”和负号“－”来表示它们。
这是电学史上的一个创举，富兰克林也成为世界上第一个使用正电和负电概念来解释电学实验的人，从而为电荷守恒定律的发现奠定了理论基础。同时，他对“莱顿瓶”的研究也使科学界正确地了解了它的作用，并认识到了绝缘体在电学中的重要作用。1788年，法国科学家库伦（1736-1806）发现电荷之间相互作用力的着名定律，就是从富兰克林的这一研究概念出发的。这是富兰克林在电学史上的一大出色贡献。
1749年，富兰克林又在上述结论的基础上提出了着名的“一流论”（“单流质说”的电学理论），反对杜飞将电分为“玻璃电”和“琥珀电”两种截然不同的流体的“二流论”（“双流质说”）。
富兰克林认为，所有的自然物体中都含有电，电只有一种，物体所带的正负电取决于其含电太多或含电太少。当物体中所含的电超过了正常含量，即电太多时，这种物体就起了正电；相反，如果少于正常含量，即电太少时，物体就起了负电。电虽然能用正负符号来表示，但不能把它们看作是截然不同的两种流体。这也是电学史上第一个明确的、前后一致的电学学说。
鉴于富兰克林在电学研究方面所做出的杰出贡献，他的名字被国际物理学界命名为公认的电量单位——若一个电荷处于真空中，在距离1厘米处有一个带同种电的点电荷，当它们之间的相斥力为1达因时，则该电荷的电量规定为1富兰克林。1富兰克林就等于现在通行的电量单位1/3·10-9库仑。
（三）
在进行了大量的电学实验之后，富兰克林其实已经走到了他对大气电学作出重大发现的边缘。不过，富兰克林并没有因取得的成绩而沾沾自喜。在给朋友的信中，他抒发了一个科学家勇攀高峰的精神和虚怀若谷的气度：
“……在进行这些实验时，我们建立了多少很快就被自己发现不得不摧毁的美妙体系啊！如果没有发现电的其他用途，这一点无论如何都不能忽视，即它能够有助于使一个骄傲的人变得谦虚……”
在当时，雷电这种具有巨大破坏性的可怕的自然现象的本质是什么，对人们来说还是一个谜。那时比较流行的看法认为它是“上帝之火”，是天神在发怒；也有人猜测雷电是一种毒气在天空爆炸。
为了弄清雷电的性质，富兰克林决定进行一次伟大而危险的尝试。