离真正的家庭生活的某种补偿。他始于1757年出使伦敦的客居国外的时间之长远远超过了他最初的估计，那时他预期可以在次年（1758）春季返回美洲，到了春季，他又以为可以在夏天和家人团聚，再后来，回家的日期一年一年地往后延搁。
到了伦敦以后不久，威廉·富兰克林便进入米德尔·谭波尔学校学习法律。他还是和在费城时一样，活泼好动，衣着打扮上追求时尚。富兰克林曾有意鼓励儿子和波莉之间建立亲密的关系，但是没有取得成功。当初曾使父亲在生活上走过一段迷途的“年轻人难以控制的感情冲动”同样也在儿子身上起作用了。威廉开始和一些女人交往，一直到1760年初，一个不知名的女子为他生下了一个儿子。这孩子被取名为威廉·谭波尔。富兰克林对儿子的行为感到沮丧，但是，他平静地接受了这个孙子，并且及时地将他领回自己在伦敦的家中抚养。1760年11月到1762年8月将近两年的时间中，富兰克林主要是在伦敦活动，只在1761年的八九月间和儿子威廉到比利时和荷兰作了一次短期访问。
父子俩参观了格亨特和布鲁吉斯的教堂，然后到了布鲁塞尔，在那里，洛林亲王热烈地欢迎了这位科学家，带他观看了自己的物理实验室。在莱顿，富兰克林拜访了马森布洛克。一年前，马森布洛克曾将欧洲所有电学方面的重要作品整理出一份目录表，送给了在伦敦的富兰克林。在海牙，富兰克林和英国大使一同进餐，他们准备回到伦敦，以便能赶上乔治三世的加冕典礼——在富兰克林心目中，乔治三世是一位贤德、开明的年轻君主。
在富兰克林和斯蒂文森家的关系中，他和波莉的交往值得一提。那是一种介乎父女之间和忘年之交之间的友情。
在威廉·谭波尔出生之前的1759年5月，不知道是由于富兰克林对威廉和波莉居间作伐还是其他什么原因，波莉离开了克雷文街的家，去和在埃塞克斯的万斯特德的一位姨妈住在一起。后来，波莉请求和富兰克林以自然哲学为话题定期通信。富兰克林在他1760年5月1日的信中答应了，但他也写道：“可为什么你要在决定（如我所听说的）独自生活的时候，借修心养性使自己成为对一个通情达理的男人来说更为亲切，更为合意的伴侣呢？如果我们如你所提议的研讨伦理和自然哲学，我想在我充分树立我作为导师的权威之时，我要先教给你一星半点‘责任’这一问题。”在同一封信中，他还建议她阅读他推荐的书，然后把她的思考和问题写信告诉他。
那年夏天，波莉从布利斯特尔写了信来，问那儿的水在春天还很凉，而在抽水的过程中，水却变暖了。对这个问题，富兰克林没有冒险去回答，他在复信中引用了他在谢尔登的书中读到的一个妇女所说的话，“在弄清事实之前勿作解释”。但他的下一封信却是他给波莉的信中最长、也最专业化的了，信中谈到的是河水的潮汐问题。写完了信，富兰克林才想到读信人对信中所写真的会有兴趣吗？于是，他用一句巧妙的道歉作为信的结尾：“在给一位年轻姑娘写了6大页对开纸的哲学问题以后，还有必要在最后致礼吗？这样一封信本身不就是致礼吗？”的确，并不是每一个姑娘都有机会读到这样一封信的。
富兰克林对波莉谈论得最为详尽的是关于“衣料上的日光热”问题，那是他多年实验得出的结论。他在信中写道：
“由于我找不到我的实验笔记来寄给你，我只得凭我的记忆来告诉你。……我从一个裁缝的图样卡上取下了一些各种颜色的小块宽幅布，其中有黑色、深蓝色、浅蓝色、绿色、紫色、红色、黄色和白色以及其他颜色和深浅不同的各种颜色。在一个阳光灿烂的上午，我把它们拿出去，铺在雪地上。几个小时以后（现在我已不能说出精确的时间了），那块黑布由于在阳光下变得最热，陷进雪里很多，仿佛是被光线按下去了似的；深蓝布也陷得差不多深，而浅蓝布则不如深蓝布陷得深。其他的由于颜色更淡，也就陷下去更浅；白布停留在雪面上，一点也没有下陷。
“在哲学上有意义的难道在实际中就没有什么用途吗？难道我们不能从中得知，黑布不如白布宜于在炎热的阳光逼人的气候或季节里穿用吗？必须在阳光下行军或工作的士兵和水手应当在东印度和西印度穿白色制服吗？夏天的帽子，男式或女式的，应该是白色的，因为白色可以把热量反射回去，那热量会使人头痛，而且对许多人来说有致命的危害。”就这样，富兰克林用最简单的实验证明自己的看法，比欧洲人普遍知道在热带应穿淡色衣服早一个世纪，提出了浅色衣料这一明显的优点。
在伦敦期间，富兰克林还研制了一种称为“玻璃琴”的乐器。那是他根据理查德·波克里奇1743年发明的“音杯”的原理研制而成的。音杯是在一些不同大小的玻璃杯里盛上水，排在桌子上，每只玻璃杯音调的高低可以用增减杯中之水来调整。然后用手指敲击杯的边缘便可奏出曲调来。富兰克林从皇家学会得知了这样的乐器，他为“音杯”音质的甜美所倾倒，同时也感到它使用起来颇为不便。于是他便动手来改制。他订制了一套半球形的玻璃器皿，一共37个——刚好够3个8度音阶及其所需的半音之用——每一个的中央有一个孔。这些半球形的玻璃器皿大小不一样，最大的直径为9英寸，其他的直径依次缩小，最小的直径是3英寸。这些“音杯”被按大小依次穿在一根长轴上，相互重迭，但互不接触。穿上了“音杯”的长轴被水平地装在一只长匣里，长匣下面有4条腿放在地上，有些像大键琴，演奏者演奏时坐在这木匣前，用一块踏板带动，转动那根轴，就像带动一只纺车转动一样。同时用手指敲击动着的“音杯”的边缘。手指用力大小不同使得奏出的音有强有弱，也可任意使每一个音持续多久。富兰克林将这种乐器称为“阿莫尼卡”（玻璃琴）。
阿莫尼卡问世后，骤然流行于世，而且持续了很多年。在伦敦，一架按富兰克林的规格复制的阿莫尼卡卖到40畿尼一台。玛丽安·戴维斯于1762年初在英国公开演奏阿莫尼卡，然后带着它到意大利去旅行，并把它引进到维也纳的帝国宫廷，后来的法国王后，玛丽·安东尼特公主跟她学习过弹奏阿莫尼卡。琴音之优美悦耳使它风靡一时。在一次皇家婚典上，玛丽安用这个“富兰克林创制的琴”为歌唱家谢西利亚·戴维斯演唱的作曲家梅塔斯塔西奥谱写的歌曲伴奏。1764年，这种琴传回了费城，并在议会大厅公开演奏。在音乐之乡德国和奥地利，这种琴制作得最多，在很长的时期里，由于他发明的阿莫尼卡和避雷针，富兰克林在德国的乐坛和电学之苑中同样地享有盛名。阿莫尼卡在那里被人效仿、加以机械学方面的改进、调整。包括莫扎特和贝多芬在内的音乐大师为它谱写乐曲。到了1800年，阿莫尼卡忽然不再流行，原因据说是玻璃杯的震动对演奏者的神经有影响。
由于阿莫尼卡不再流行，后世一般不大提及富兰克林在音乐方面的才能，但他对音乐的确十分喜爱，也有很深的理解力。他在共读社的聚会上和同伴们轮流唱歌，创作歌词，还抽时间学习弹奏竖琴、吉他、提琴，也弹他的阿莫尼卡。不论是在费城、在伦敦还是后来在巴黎，他以此自娱并使朋友们开心。而在1757—1762年这段时间里，在工作之余，比起其他的各种写作和实验，他更加投入于他在音乐方面的发明创造，为之着迷。
1762年1月，富兰克林决定返回费域，由于英法正在交战，他得等待军舰护航。就在等待期间，牛津大学授予他民法博士学位。4月底他去了牛津。在30日举行的典礼上，宾夕法尼亚省在英王陛下朝中的代理人、北美邮政总代理、皇家学会会员、声名卓著的富兰克林被授予了这一学位。威廉·富兰克林在同日被授予文学硕士学位。
其后便是朋友的挽留和离别。
斯特拉汉一直想让富兰克林留居伦敦，不再返回美洲。他曾经写信给黛博勒·富兰克林，劝她到伦敦来。但富兰克林知道自己的妻子在任何情况下都不会远涉大洋到英格兰来生活，他也不会坚持要她来。后来他又认真地向富兰克林谈到自己的儿子和萨拉的婚事（在富兰克林到伦敦来之前，两位朋友曾在信中戏言此事，当时萨拉才六七岁，那男孩也只比她年长三岁）。富兰克林把这事转告了妻子。可黛博勒自己不肯到英国来，又不愿意萨拉离开自己，使得这件事只得作罢。其后，斯特拉汉仍不断劝说富兰克林留下来，但富兰克林的回答是：“你的劝说很有力量，可以说服我做任何事。但说什么也没有用了。我必须回去”。并说他此去可能是永远地离开英国了。但是，在富兰克林内心深处，有一种什么东西在和斯特拉汉的劝说相应和。8月23日，富兰克林在即将登船之际从朴茨茅斯写信给斯特拉汉说：“目前，理智将我拉向大洋的彼岸，而意愿却叫我留在这里。两者中通常何者占上风，你是知道的。……倘若我能像我所希望的那样说服富兰克林夫人前来伴我，那就什么都阻止不了我。”
船终于驶离了朴茨茅斯港。对富兰克林来说，那是一次长而愉快的海上旅行。“因为在一艘军舰的护卫下，我们有10艘船同行。天气宜人，风向也顺，不同船上的旅客不时地互访和共餐；我们还在令人赏心悦目的马德拉岛上游览，在途中小客栈中休息。在那里，我们补充了我们的食物储备，购进了许多点心。其时，正值岛上的葡萄收获季节，我们在客舱的天花板上挂起了一串一串的葡萄，在后来的好几个星期中，葡萄成了我们的餐后甜食”。那次航行的时间特别长，是因为10艘船必须齐头并�