Перейдя в 1949 г. на работу в Чикагский университет, М. вошел в Комиссию Коулза по экономическим исследованиям в качестве исследователя-консультанта и сотрудничал с ней в течение 1949/50 академического года. Одновременно он принял приглашение на должность сначала адъюнкт-профессора экономики (1949), а затем полного (действительного) профессора экономики (1950-1952) в Иллинойском университете, возглавив работу над проектом "Ожидания и колебания деловой активности" ("Expectations and Business Fluctuations").

Между 1952 и 1960 гг. М. был профессором экономики и управления промышленностью в Технологическом институте Карнеги (ныне Университет Карнеги-Меллона), а также приглашенным профессором в Гарвардском университете (1957-1958). В 1960 г. он стал профессором Северо-Западного университета. Одновременно у М. завязалось сотрудничество с Массачусетским технологическим институтом (МТИ), где он сначала работал в качестве приглашенного профессора, а в 1962 г. перешел на должность профессора экономики и финансов. В 1970 г. он был назначен профессором МТИ.

На протяжении всей своей научной деятельности М. выступал как представитель направления, стремившегося интегрировать кейнсианскую теорию в общее русло неоклассической экономической теории и в монетарный анализ. Он считается одним из наиболее глубоких современных экономистов, внесших особенно существенный вклад в экономическую теорию в послевоенный период.

В своих ранних работах М., основываясь на постулатах теории Дж.М.Кейнса, стремился понять и объяснить сочетание экономической депрессии и высокого уровня безработицы. Он исходил из кейнсианской концепции "жесткости заработной платы", утверждающей, что заработная плата как один из важнейших факторов "эффективного спроса" не сразу приспосабливается к изменениям в сфере спроса. В своей первой статье "Предпочтение ликвидности и теория процента и денег" М. показал, что в случае, если заработная плата не приспосабливается сразу же к изменению рыночных условий, труд рабочих может оказаться переоцененным по отношению к положению ослабленной экономики, что ведет к безработице. Таким образом, он попытался совместить чисто монетарный подход к проблеме финансовых рынков с исследованием причин безработицы и падения экономической активности.

В спорах между монетаристами и кейнсианцами М. никогда не занимал непримиримой позиции. В отличие от М.Фридмена, он одновременно стремился к познанию воздействия, которое деньги оказывают на макроэкономическую активность через различные механизмы финансовых рынков. М. продолжал работать над этими проблемами в ходе построения финансового раздела крупномасштабной эконометрической модели американской экономики, разработанной МТИ в конце 60-х гг. по заказу Федеральной резервной системы. При построении этой модели М. учитывал данные о функционировании международной валютно-финансовой и платежной системы, влияние антиинфляционной стабилизационной деятельности правительства, различные аспекты кредитно-денежной политики. Он отрицает упрощенные, с его точки зрения, монетаристские подходы М. Фридмена. В целом М. представляет одну из современных версий кейнсианской теории и разделяет ее политические выводы. Свое кредо он выразил в 60-х гг. следующим образом: "Если частная рыночная экономика нуждается в стабилизации, она должна и может быть стабилизирована''.

Стремясь к совершенствованию "потребительской функции" Дж.М.Кейнса и найдя рациональную основу для макроэкономического поведения в действиях отдельных индивидуумов, М. был первым, кто описал процесс создания моделей "жизненного цикла", которые должны были объяснить закономерности образования личных сбережений. Он исходил из положения, что "главный мотив (для сбережений) состоит в том, чтобы иметь возможность поддерживать достойный и постоянный жизненный стандарт". Сбережения, по его словам, отражают разницу между этим стабильным желаемым уровнем потребления и изменяющимся уровнем доходов, который в течение рабочей жизни человека систематически повышается от исходного низкого к максимальному, после чего снижается к очень низкому при выходе его на пенсию. Ссылаясь на естественное стремление человека поддерживать постоянным свой уровень потребления, несмотря на колебания дохода, М. вывел свою знаменитую формулу: "молодые сберегают, старые растрачивают".

Впервые модель сбережений, основанную на гипотезе жизненного цикла, М. наметил в 1949 г. в статье "Колебания коэффициента сбережения-доход" ("Fluctuations in the Saving-Income Ratio") и затем изложил в опубликованной в 1954 г. статье "Анализ полезности и потребительская функция" ("Utility Analysis and the Consumption Function"), которую он написал вместе с аспирантом Иллинойского университета Р.Брамбергом. Неожиданная кончина Р.Брамберга в 1955 г. помешала М. опубликовать вторую статью, написанную ими совместно и посвященную проблеме совокупных сбережений. Она увидела свет лишь в 1980 г. в "Собрании сочинений Франко Модильяни" ('The Collected Papers of Franco Modigliani"). Свое обоснование гипотезы жизненного цикла М. развивал в дальнейшем в серии публикаций, написанных совместно с А.Андо, среди которых заслуживают особого внимания работы "Тестирование гипотезы сбережений в течение жизненного цикла" ("Tests of the Life Cycle Hypothesis of Savings", 1957), "Постоянный доход и гипотеза поведения в отношении сбережений в течение жизненного цикла" ("The Permanent Income and the Life Cycle Hypothesis of Saving Behavior", i960) и "Гипотеза сбережений в процессе жизненного цикла: агрегированное применение и тестирование" ("The Life Cycle Hypothesis of Saving: Aggregate Implications and Tests", 1963). В этих публикациях М. доказывал, что нормы сбережений тесно связаны с темпом роста населения, так как этот темп влияет на соотношение людей разных возрастов, а также ушедших на пенсию и численности населения в наиболее трудоспособном возрасте. Он также показывал, что высокие темпы экономического роста повышают и норму сбережений, поскольку они увеличивают доходы работающих (а из этих доходов осуществляются сбережения) без увеличения потребления людей, вышедших на пенсию, так как их расходы соответствуют более низкому уровню доходов в прошедшем периоде времени. Свои выводы М. использовал в опубликованной в 1970 т. статье "Гипотеза сбережений в процессе жизненного цикла и различия в коэффициентах сбережений между разными странами" ("The Life Cycle Hypothesis of Saving and Intercountry Differences in the Saving Ratio") для объяснения изменений в нормах сбережений на международном уровне. Теорию сбережений, рассматривающую их в долговременном плане, он использовал также для тестирования альтернативных пенсионных программ.

М. внес вклад в макроэкономику своими исследованиями экономического цикла и инфляции, а в микроэкономическую теорию -анализом относительных цен и принятия рациональных решений. Работая в 50-е гг. в Институте Карнеги, М. занимался проблемой оптимальности производства и написал совместно со своим коллегой М.Миллером две статьи о воздействии финансовой структуры и политики в области дивидендов на рыночную оценку фирмы. Выводы, к которым пришли авторы, изложены в известной теореме Модильяни-Миллера, сформулированной в совместной работе М. и М.Миллера "Стоимость капитала, финансирование корпораций и теория инвестиций" ("The Cost of Capital, Corporation Finance, and the Theory of Investment"), опубликованной в 1958 г. В ней они исходили из того, что рациональный инвестор принимает во внимание только будущую прибыльность компании, но не размер и структуру ее долга. Теория выдвигала новые идеи в области общей стоимости капитала. В ней модели инвестиционных решений отдельной фирмы пересматривались таким образом, что они становились отличными от ее решений в финансовой области. Сначала эта теорема многими отвергалась. Теперь же она считается самоочевидной и служит одним из краеугольных камней современной теории финансирования корпораций.