En étudiant les propriétés d'une moisissure du genre Penicillium, il observa qu'elle sécrétait une substance, la pénicilline, très diffusible et inhibitrice pour le streptocoque. Il confirmait ainsi les travaux du médecin français E. Duchesne (1897) sur l'activité antimicrobienne des moisissures. En 1939, H. W. Florey et E. B. Chain (avec qui il partage le prix Nobel de médecine en 1945) reprirent ses travaux, isolèrent chimiquement la pénicilline, en firent l'étude pharmacologique et clinique, permettant ainsi la production industrielle de cet antibiotique.
