Tháng 1 năm 1951, Franklin bắt đầu công việc nghiên cứu tại King's College London, trực thuộc Bộ phận Lý sinh của Hội đồng Nghiên cứu Y khoa, Vương quốc Anh dưới sự chỉ đạo của John Randall. Mặc dầu nguyên thuỷ việc nghiên cứu của bà là tinh thể học tia X đối với protein và lipid nhưng Randall hướng bà sang nghiên cứu về sợi ADN. Ông ra quyết định này trước cả khi bà bắt đầu làm việc tại King's do những khám phá tiên phong sắp được đề cập sau đây của Maurice Wilkins và Raymond Gosling (nghiên cứu sinh được giao dưới quyền hướng dẫn của Franklin).

Ngay cả trong điều kiện trang thiết bị sơ sài, Maurice Wilkins và Raymond Gosling đã thu được tấm ảnh nhiễu xạ tia X của ADN. Hai người này đã tiến hành sử dụng tia X để nghiên cứu ADN từ tháng 5 năm 1950, tuy nhiên Randall lại không cho hai người này biết về quyết định chỉ định Franklin tiếp thu công việc nghiên cứu bằng phương pháp tinh thể học tia X và công việc hướng dẫn khoa học cho luận án của Gosling. Việc này chính là nguyên nhân đáng kể gây nên xích mích giữa Wilkins và Franklin.

Thói quen nhìn thẳng vào mắt người khác một cách dữ dội trong khi lại đối đầu một cách không kiên nhẫn và trực diện của Franklin gây khó chịu cho nhiều đồng nghiệp. Ngược lại, Wilkins lại rất nhẹ nhàng và chậm rãi trong lời nói và tránh nhìn trực tiếp vào mắt người khác. Mặc dù sống trong bầu không khí căng thẳng nhưng Franklin và nghiên cứu sinh Gosling đã khám phá ra hai kiểu hình ADN: ở độ ẩm cao thì sợi ADN trở nên dài và mảnh; khi khô đi thì sợi ngắn lại và dày ra.[15][16]

Hai kiểu hình này được đặt tên là ADN "B" và ADN "A". Do mâu thuẫn cá nhân gay gắt giữa Franklin và Wilkins, Randall tiến hành phân chia công việc nghiên cứu. Franklin chọn nghiên cứu về "A" còn Wilkins chọn nghiên cứu về "B" do những bức ảnh sơ khởi của ông cho thấy ADN có thể có cấu tạo xoắn. Tấm ảnh nhiễu xạ qua tia X do bà chụp trong thời gian này (gọi là "Photo 51") từng được J. D. Bernal gọi là "một trong những tấm ảnh tia X đẹp nhất về vật chất từng được chụp".[15]

Cuối năm 1951, các học giả ở King's chấp nhận rộng rãi rằng ADN "B" có dạng xoắn. Tuy nhiên, sau khi thu được một hình ảnh không đối xứng vào tháng 5 năm 1952, Franklin bắt đầu không tin rằng ADN "A" cũng có dạng xoắn.[17] Tháng 7 năm 1952, để giễu cợt Wilkins (người thường xuyên bày tỏ quan điểm cho rằng ADN có dạng xoắn), Franklin và Gosling ra một giấy báo tử thể hiện sự thương tiếc đối với "cái chết" của ADN "A" dạng xoắn. Trong năm 1952, hai người Franklin và Gosling nghiên cứu về việc ứng dụng hàm Patterson lên các tấm ảnh tia X chụp ADN. Việc này ngốn nhiều công sức và thời gian nhưng sẽ mang đến những hiểu biết cực kỳ đáng kể về cấu trúc ADN.[18][19]

Tháng 1 năm 1962, Franklin rút lại ý tưởng của mình và kết luận rằng cả hai kiểu hình ADN đều có dạng xoắn. Bà bắt đầu viết ba bản thảo, trong đó hai bản thảo về ADN "A" được gửi đến Acta Crystallographica ở Copenhagen vào ngày 6 tháng 3 năm 1953, một ngày trước khi Crick và Watson hoàn thành mô hình về ADN.[20] Chắc hẳn Franklin đã gửi thư cho họ khi hai người này đang xây dựng mô hình ADN, và chắc chắn đã viết thư gửi họ trước khi Franklin biết về công việc nghiên cứu của hai người này.

Bản thảo thứ ba của bà là về ADN "B" (đề ngày 17 tháng 3 năm 1953), được Aaron Klug phát hiện nhiều năm sau trong đống giấy tờ nghiên cứu của bà. Klug viết bài báo trên tạp chí Nature vào năm 1974 để bổ khuyết cho bài báo đầu tiên mà ông viết nhằm nhấn mạnh các đóng góp đáng kể của Franklin đối với việc tìm hiểu cấu trúc ADN. Nhắc lại rằng, bài báo đầu tiên của Klug là nhằm đáp lại cuốn hồi ký xuất bản năm 1968 của Watson là The Double Helix, trong đó thể hiện một bức tranh thiếu sót về những cống hiến của Franklin.

Theo cuốn sách The Double Helix thì vào 30 tháng 1 năm 1953, Watson tới King's mang theo bản thảo chưa in của Linus Pauling, trong đó thể hiện một cách sai lầm cấu trúc của ADN. Do Franklin không có mặt trong văn phòng nên Watson đến phòng thí nghiệm của bà cùng thông điệp khẩn về việc họ nên hợp tác chung trước khi Pauling phát hiện ra sai lầm của mình. Franklin tỏ ra giận dữ khi nghe Watson nói rằng bà không biết cách diễn giải dữ liệu của chính bà. Watson nhanh chóng rời khỏi đó và tìm đến Wilkins. Wilkins tỏ ra thương hại bà đồng nghiệp và ông này đã thay đổi lịch sử ADN khi mang cho Watson xem tấm ảnh Photo 51 do Franklin chụp mà không được sự đồng ý của bà, đổi lại Watson cho Wilkins xem bản thảo của Pauling và Corey.[21] Tấm ảnh Photo 51 của Franklin và Gosling đã cho cặp đôi Watson - Crick ở trường Cambridge những hiểu biết quan trọng về cấu tạo ADN, trong khi mô hình mà Pauling và Corey đề xuất lại giống một cách đáng chú ý với mô hình ban đầu của Watson - Crick.