En 1928, Fleming, qui rentrait de vacances, découvre une boite de culture de staphylocoques, contaminée par une moisissure bleuâtre. Ce cas, assez courant en microbiologie, aboutit généralement à l'élimination de la culture. Autour de la moisissure, Fleming observe une zone circulaire dépourvue de colonies bactériennes (voir la photo proposée). Au lieu de rejeter cette culture, le chercheur a cherché à comprendre la cause de l'absence de bactéries à proximité du champignon.
Note : l’air qui nous entoure, intérieur comme extérieur, véhicule naturellement des spores de moisissures qui se déposent un peu partout au gré des courants d’air. Lors de l’ensemencement d’une boite de Pétri, il peut arriver qu’une ou plusieurs spores, bactérienne ou fongique, pénètre à l’intérieur et contamine la culture.
Fleming émit ainsi l'hypothèse que l'absence de développement des bactéries, à proximité de la moisissure, pouvait s’expliquer par la présence, dans le milieu de culture, d'une substance antibactérienne émise par la moisissure. Celle-ci aurait diffusé dans la gélose, et inhibé localement la prolifération des bactéries.
Les expériences ultérieures de Fleming confirmèrent cette hypothèse. La substance émise par le champignon, identifié comme étant un Penicillium, fut isolée puis purifiée, et testée seule vis-à-vis de nombreuses souches de bactéries : son action antibactérienne se révéla identique à celle de la moisissure elle-même. L’hypothèse de Fleming fut ainsi confirmée. Il donna le nom de pénicilline à cette substance.
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