Frauke Melchior erforscht die Mechanismen und Funktionen der „SUMOylierung“, einer reversiblen Proteinmodifikation mit dem kleinen Protein SUMO („small ubiquitin-related modifier“). SUMO wird von Enzymen an Zielproteine gekoppelt und auch wieder abgespalten. So steuert es viele Prozesse in eukaryotischen Zellen. Beispielsweise kann die DNA-Transkription verändert oder ein DNA-Schaden erkannt und repariert werden.
Melchior studierte Chemie an der Philipps-Universität Marburg und der University of Bristol (UK). 1990 wurde sie in Marburg promoviert. Anschließend forschte sie am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie Göttingen und, von 1992 bis 1998, am Scripps Research Institute in La Jolla (USA). Ab 1998 war sie Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried, bevor sie 2004 eine Professur für Biochemie an der Georg-August-Universität Göttingen antrat. Seit 2008 ist sie Professorin am Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg. Die Leopoldina wählte Melchior 2014 in die Sektion Biochemie und Biophysik.
Der EMBO Women in Science Award wird seit 2008 jährlich vergeben und ist mit 10.000 Euro dotiert. Melchior ist das sechste Leopoldina-Mitglied, das mit dieser Auszeichnung geehrt wird.