Au cours des années 1970, dans le laboratoire de recherche du Centre anticancéreux de Marseille, devenu l’unité de recherche 119 de l'Inserm, Françoise Birg se consacre à la génétique de la transformation tumorale. Les virus oncogènes sont au cœur de ses travaux et, notamment, les polyomavirus. Elle participe ensuite à la mise au point de nouvelles techniques d’analyse du génome viral lors de son séjour à l’Imperial Cancer Research Fund, à Londres.
De retour en France, elle se tourne vers l’hématologie et, à partir de 1985, étudie les leucémies, au sein de l’unité Inserm 119, dirigée désormais par Claude Mawas, avec une approche à la frontière de la recherche fondamentale et de l’application clinique. Elle étudie spécifiquement la leucémie aiguë promyélocytaire et la leucémie myéloïde chronique, en s’attachant à la caractérisation moléculaire de nouvelles anomalies dans ces hémopathies.
Le deuxième thème de recherche développé par Françoise Birg et ses collaborateurs va porter sur les lymphomes (cancers du système lymphatique). Dans un premier temps, ils s’intéressent à la régulation de l’apoptose dans les lymphomes, afin d’identifier de nouveaux marqueurs diagnostiques et pronostiques.
La carrière de Françoise Birg a coïncidé avec cette période "passionnante" au cours de laquelle les approches moléculaires ont connu, en biologie, les progrès spectaculaires que l’on sait. Elle a contribué au développement des technologies associées et a, au cours des années, progressé depuis l’étude des premiers modèles expérimentaux jusqu’à l’analyse des "vrais" cancers, qui, dans les années 1970, paraissaient encore peu abordables.