列文虎克發現微生物200年后，通過許多科學家的努力，特別是法國偉大的科學家巴斯德的一系列創造性的研究工作，人們才開始認識微生物與人類有著十分密切的關系。今天，我們把研究微生物的科學稱作微生物學，巴斯德和科赫是公認的微生物學奠基人。他的工作為今天的微生物學奠定了科學原理和基本的方法。
巴斯德在大學里學的是化學。由于他不到30歲便成了有名的化學家，法國里爾城的酒廠老板便要求他幫助解決葡萄酒和啤酒變酸的問題，希望巴斯德能在酒中加些化學藥品來防止酒類變酸。巴斯德與眾不同的地方是他善于利用顯微鏡觀察，這使他在化學上有過前人沒有的重要發現。所以在解決葡萄酒變酸問題時，他首先也是用顯微鏡觀察葡萄酒，看看正常的和變酸的葡萄酒中究竟有什麼不同。結果巴斯德發現，正常的葡萄酒中只能看到一種又圓又大的酵母菌，變酸的酒中則還有另外一種又小又長的細菌。他把這種細菌放到沒有變酸的葡萄酒中，葡萄酒就變酸了。于是巴斯德向釀酒廠的老板們指出，只要把釀好的葡萄酒放在接近50℃的溫度下加熱并密封，葡萄酒便不會變酸。釀酒廠的老板們開始并不相信這個建議。巴斯德便在酒廠里做示范。他把幾瓶葡萄酒分成兩組，一組加熱，另一組不加熱，放置幾個月后，當眾開瓶品嘗，結果加熱過的葡萄酒依舊酒味芳醇，而沒有加熱的卻把人的牙都酸軟了。從此以后，人們把這種采用不太高的溫度加熱殺死微生物的方法叫做巴斯德滅菌法。直到今天，我們每天食用的牛奶還是采用巴斯德滅菌法來保鮮的。
因為解決了葡萄酒變酸問題，巴斯德在法國的名聲大振。正好這時法國南部的絲綢工業遇到了很大的困難，因為用做原料的蠶繭大幅度減產。減產的原因是一種叫做“微粒子病”的疾病使蠶大量死亡。人們又來向巴斯德求援了。1865年，巴斯德受農業部長的重托，帶著他的顯微鏡來到了法國南方。經過幾年的工作，其間他還得過嚴重的腦溢血病，但是，他發現微粒子病的病根是蠶蛹和蠶蛾受到了微生物的感染。針對病因，巴斯德向蠶農們表演了如何選擇健康蠶蛾的方法，要求他們把全部受感染的蠶和蠶卵，連同桑葉都燒掉，只用由健康蠶蛾下的卵孵化蠶。蠶農們依照巴斯德的辦法，果然防止了微粒子病，挽救了法國的絲綢工業。為此，巴斯德受到了法國皇帝拿破侖3世的表彰和人民的熱烈稱頌。
研究葡萄酒和蠶病取得巨大成功之后，巴斯德開始主張傳染病是由微生物引起的。正因為微生物能夠通過身體接觸、唾液或糞便散布，便可以從病人傳播給健康的人而使人生病。這種觀點后來被許多醫生的觀察和治病經驗證實了。其中德國醫生科赫和他的老師貢獻最大。為此德國聘請巴斯德擔任波恩大學教授并授予他名譽學位，可是，這時普法戰爭已經爆發，法國大敗，熱愛祖國的巴斯德拒絕了德國給他的榮譽。1873年，巴斯德當選為法國醫學科學院的院士，雖然他不是醫生，連行醫的資格都沒有，但歷史已經證明，巴斯德是最偉大的“醫生”。
19世紀70年代，巴斯德開始研究炭疽病。炭疽病是在羊群中流行的一種嚴重的傳染病，對畜牧業危害很大，而且還傳染給人類，特別是牧羊人和屠夫容易患病而死亡。巴斯德首先從病死的羊血中分離出了引起炭疽病的細菌——炭疽桿菌，再把這種有病菌的血從皮下注射到做試驗的豚鼠或兔子身體內，這些豚鼠或兔子很快便死于炭疽病，從這些病死的豚鼠或兔子體內又找到了同樣的炭疽桿菌。在實驗過程中，巴斯德又發現，有些患過炭疽病但僥幸活過來的牲口，再注射病菌也不會得病了。這就是它們獲得了抵抗疾病的能力（我們今天叫做免疫力）。巴斯德馬上想起50年前詹納用牛痘預防天花的方法。可是，從那里得到不會使牲口病死的毒性比較弱的炭疽桿菌呢？通過反復試驗，巴斯德和他的助手發現把炭疽桿菌連續培養在接近45℃的條件下，它們的毒性便會減少，用這種毒性減弱了的炭疽桿菌預先注射給牲口，牲口就不會再染上炭疽病而死亡了。1881年，巴斯德在一個農場進行了公開的試驗。一些羊注射了毒性減弱了的炭疽桿菌；另一些沒有注射。4個星期后，又給每頭羊注射毒力很強的炭疽桿菌，結果在48小時后，事先沒有注射弱毒細菌的羊全部死亡了；而注射了弱毒細菌的則活蹦亂跳，健康如常。在現場的專家和新聞記者歡聲雷動，祝賀巴斯德偉大的成功。的確，巴斯德的成就開創了人類戰勝傳染病的新世紀，拯救了無數的生命，奠定了今天已經成為重要科學領域的免疫學的基礎。1885年，巴斯德第一次用同樣的方法治好了被瘋狗咬傷了的9歲男孩梅斯特。后來梅斯特成了巴斯德研究院的看門人，1940年，當法國被德國占領時，64歲的梅斯特因為拒絕法西斯軍人強迫他打開巴斯德的陵墓而自殺了。
1996年巴斯德逝世100周年時，全世界微生物學和醫學工作者舉行了許多活動來紀念他，因為他的研究成果直到今天仍然在給人類帶來巨大的幸福。