Entré au CEA en 1976, Frank Carré a participé aux études et recherches sur le nucléaire du futur à différents postes de responsabilité.

De 2001 à 2009 il a dirigé les programmes du CEA sur les systèmes nucléaires du futur et a contribué dans ce cadre à définir les programmes de recherche nationaux ainsi que les coopérations internationales sur les réacteurs à neutrons rapides avec un cycle du combustible fermé, les réacteurs à haute température, et les applications non-électrogènes du nucléaire telles que la cogénération de chaleur pour l’habitat et l’industrie, et la production d’hydrogène. Il est aujourd’hui directeur scientifique de la Direction des énergies créée en 2020 au CEA, après avoir été directeur scientifique de la Direction de l’énergie nucléaire de 2009 à 2019.

Il a créé en 2008 la chaire d’enseignement et de recherche sur les « Energies durables » à l’Ecole Polytechnique dont il a été titulaire jusqu’en 2018, et a été Conseiller scientifique du Haut-commissaire à l’Energie Atomique de 2012 à 2018. Il est membre du conseil scientifique du CEA, de la direction des applications militaires du CEA et du Standing Advisory Group on Nuclear Energy de l’AIEA.