Физик, академик АН СССР (1968).
Основные труды по физической оптике и ядерной физике.
Ещё студентом под руководством С.И. Вавилова исследовал процессы тушения люминесценции в жидкостях. Затем изучал фотохимические реакции оптическими методами. В 1937 г. совместно с И.Е. Таммом дал объяснение Черенкова – Вавилова излучения. За эту работу И.М. Франк совместно с другими присуждена Нобелевская премия (1958). Впервые вместе с В.Л. Гинзбургом рассмотрел так называемое переходное излучение. Развил теорию Доплера эффекта (сложного и аномального) в преломляющей среде.
Вместе с Л.В. Грошевым экспериментально исследовал рождение пар электрон – позитрон g-квантами. Исследовал распространение и размножение нейтронов в гетерогенных уран-графитовых системах.
Цикл работ И.М. Франка был посвящен изучению реакций на лёгких ядрах, в которых испускаются нейтроны, и взаимодействий быстрых нейтронов с ядрами. Предложил и разработал импульсный метод изучения распространения нейтронов и открыл при этом так называемое диффузионное охлаждение нейтронов.
Награжден 3 орденами Ленина, 3 другими орденами, а также медалями.
В Российском государственном архиве в г. Самаре на постоянном хранении находятся заявочные материалы на изобретения Франка И.М. (Ф. Р-1).
Перечень этих документов представлен в базах данных «Выдающиеся деятели науки и техники» и «Патентный каталог».
Подробнее с документами и базами данных можно ознакомиться в читальном зале архива по адресу: г. Самара, ул. Мичурина, д. 58.