У 1934 у Черенков виявив, що заряджені частинки, проходячи з дуже великими швидкостями крізь воду, випускають світло.
І. М. Франк та І. Є. Тамм дали теоретичний опис цьому ефекту, який відбувається при русі частинок в середовищі зі швидкостями, що перевищують швидкість світла в цьому середовищі.
Це відкриття привело до створення нового методу детектування і вимірювання швидкості високоенергетичних ядерних частинок.
Цей метод має величезне значення в сучасної експериментальної ядерної фізики.
Сім'я
Перша дружина І. М. Франка — Елла Абрамівна Бейліхіс, видатний радянський історик. У шлюбі з 1937 по 1960 роки. У спільному шлюбі народився син Олександр.
Друга дружина — Марина Михайлівна Назарова (Губерт, 1966—1990)
Син — фізик-ядерник Олександр Ілліч Франк (нар. 1941), доктор фізико-математичних наук, головний науковий співробітник заснованої його батьком лабораторії нейтронної фізики ОІЯД.
Шурин (брат дружини) — радянський гігієніст і історик медицини, професор Московського НДІ соціальної гігієни імені Ф. Ф. Ерісмана Григорій Абрамович Бейліхіс.
Пам'ять
У 2008 році в честь Франка була випущена поштова марка Росії.