Après la guerre, François Jacob a achevé ses études médicales et a soutenu sa thèse doctorale à Paris en 1947. Il ne pouvait pas pratiquer la chirurgie à cause de ses dommages, et travaillé dans divers champs avant de se tourner vers la biologie. Il a obtenu un diplôme en 1951, et puis un doctorat en science en 1954 à la Sorbonne, avec une thèse sur "les bactéries lysogènes et le concept de provirus".

En 1950, François Jacob a rejoint l'Institut Pasteur sous Dr. André Lwoff. Il a été nommé directeur de laboratoire en 1956, puis en 1960 chef du département de la génétique de cellules, récemment créé chez l'Institut Pasteur. En 1964, il a été nommé professeur au Collège De France, où une chaire de la génétique de cellules a été créée pour lui.

Le travail de François Jacob a traité principalement des mécanismes génétiques existant dans les bactéries et les bactériophages, et des effets biochimiques des mutations. Il a étudié les propriétés des bactéries lysogènes et a démontré pour la première fois leur "immunité", c'est-à-dire l'existence d'un mécanisme empêchant l'activité des gènes dans le prophage comme dans les particules contagieuses du même type. En 1954, il a commencé une longue et fructueuse collaboration avec Elie Wollman, afin d'essayer d'établir la nature des rapports entre le prophage et le matériel génétique de la bactérie. Cette étude a amené à une définition du mécanisme de la conjugaison bactérienne, et a également permis une analyse de l'appareil génétique de la cellule bactérienne. De ce travail a émergé une série entière de nouveaux concepts, tels que le processus orienté du transfert génétique du mâle à la femelle, le circularité du chromosome bactérien ou le concept episome. La totalité de ce travail a été récapitulée dans un livre Sexualité et Génétique des Bactéries.

En 1958, l'analogie remarquable indiquée par analyse génétique de lysogénie et celle de la biosynthèse induite des solides solubles-galactosidase a amené François Jacob, avec Jacques Monod, à étudier les mécanismes responsables du transfert d'information génétique aussi bien que les voies de normalisation qui, dans la cellule bactérienne, ajustent l'activité et la synthèse des macromolécules. Après cette analyse, Jacob et Monod ont proposé une série de nouveaux concepts, ceux du messager RNA ,des gènes de régulateur, des operons et des protéines allosteriques.

En 1963, avec Sydney Brenner, François Jacob propose l'hypothèse de "replicon" pour expliquer certains aspects de division de cellules dans les bactéries. Depuis lors, il a consacré son attention à l'analyse génétique des mécanismes de la division de cellules. En 1970, il a commencé à étudier les cellules mammifères cultivées, en particulier certains aspects de leurs propriétés génétiques.

En 1970, François Jacob a édité La logique du vivant, une Histoire de l'Hérédité, dans lequel, commençant au le 16ème siècle, il trace les étapes de l'étude des êtres vivants qui ont amené à la biologie moléculaire.

François Jacob s'est vu attribuer un certain nombre de prix scientifiques français, notamment le prix de Charles Léopold Mayer par l'Académie des Sciences (1962). Il est membre étranger de l'académie royale danoise d'Arts et Sciences (1962), de l'académie américaine d'Arts et Sciences (1964), de la National Academy of Sciences des Etats-Unis (1969), et de l'American Philosophical Society (1969). Il a reçu des prix honorifiques de plusieurs universités. Il a été invité à donner une conférence à Harvey (New York, 1958) et les conférences de Dunham (Harvard, 1964).

En 1947, François Jacob s'est marié à la pianiste Lise Bloch. Ils ont quatre enfants : Pierre (né en 1949), qui est devenu un philosophe, Laurent et Odile (nés en 1952) et Henri (né en 1954), qui sont toujours indifférenciés.

Extrait de Nobel Lectures, Physiology or Medicine 1963-1970.