Seit Oktober 2002 lehrt Nullmeier Politikwissenschaft an der Universität Bremen und ist Leiter der Abteilung "Theorie und Verfassung des Wohlfahrtsstaates" am dortigen Zentrum für Sozialpolitik. Als Mitglied des Sonderforschungsbereichs „Staatlichkeit im Wandel“ forscht er zu Fragen des Legitimationswandels durch Internationalisierungsprozesse. 2003/4 war Frank Nullmeier Mitglied der Kommission für die Nachhaltigkeit in der Finanzierung der sozialen Sicherungssysteme (Rürup-Kommission).
Zu seinen Veröffentlichungen zählen Politische Theorie des Sozialstaates (2000) sowie Mitherausgeberschaften der Bände Jenseits des Regierungsalltags. Strategiefähigkeit in der Politik (2002), Handbuch zur Verwaltungsreform (3. Aufl. 2005), Politik und Verwaltung (2006). Zusammen mit Stephan Lessenich hat Frank Nullmeier jüngst das Buch Deutschland – eine gespaltene Gesellschaft (2006) herausgegeben.

