Après une thèse de doctorat effectuée à Strasbourg dans le laboratoire de M. Franck-Neumann et consacrée à la synthèse organique, avec à la fois un aspect méthodologie (utilisation de petits cycles insaturés en synthèse) et un aspect synthèse totale de produits naturels, Francis Barth a poursuivi ses recherches dans ce domaine en travaillant pendant deux ans chez Syntex Research à Palo Alto (U.S.A) en tant que post-doctoral fellow. Il y a poursuivi des recherches de méthodologie synthétiques sur la cyclisation de radicaux -fluorés. Ces travaux ont notamment abouti au développement d’une nouvelle méthode de synthèse de difluorocyclopentanes fonctionnalisés.

Au sein du groupe Sanofi qu’il intégré en 1991 on lui a confié la responsabilité chimique du programme "Cannabinoides". En 1994, ces recherches ont abouti à la découverte du SR141716, premier antagoniste connu des récepteurs aux cannabinoides CB1. Sous le nom de rimonabant (Acomplia ), ce produit est aujourd’hui en phase III d’études cliniques avec des résultats très encourageants qui viennent d’être publiés dans le traitement de l’obésité et pour le sevrage tabagique.
Différentes modifications autour du template diphénylpyrazole du SR141716 ont ensuite permis d’obtenir le premier antagoniste connu des récepteurs CB2 (SR144528), ainsi que de nombreuses molécules originales actives de façon sélective sur les récepteurs CB1 et CB2. Son intérêt s’est ensuite étendu aux agonistes sélectifs des récepteurs CB2, avec le développement d’une chimie spécifique en série indole.

En tant que responsable scientifique au sein de sanofi-aventis, il encadre une équipe d’une quinzaine de chimistes, avec des recherches axées principalement sur les cannabinoides, mais également d’autres cibles biologiques.

L’ensemble de ces recherches a conduit à la publication d’une vingtaine d’articles scientifiques et une quinzaine de brevets, ainsi qu’à la mise en développement clinique de deux composés originaux.