I 1984 startet Nurse som forsker ved Imperial Cancer Research Fund (ICRF - senere omdøpt til Cancer Research UK) i London. I 1988 ble han leder for fakultetet for mikrobiologi ved University of Oxford. Etter fem år i den stillingen vendte han tilbake til ICRFs forskningssenter i London som forskningsdirektør. I 1996 avanserte han til stillingen som ICRFs øverste leder. ICRF endret navn til Cancer Research UK i 2002. I 2003 ble han styreleder (stillingstittel: «president») ved Rockefeller University i New York City, hvor han fortsatte å forske på cellesyklusens fisjon i gjær. I 2011 tiltrådte han som det britiske Centre for Medical Research and Innovations første direktør. Senteret bærer i dag navnet Francis Crick Institute.