Ses réalisations les plus connues sont la découverte de l'enzyme lysozyme en 1923 et l'antibiotique pénicilline du champignon Penicillium notatum en 1928, pour lequel il a partagé le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1945 avec Howard Walter Florey et Ernst Boris Chain.
Il a partagé un prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1945 pour cette découverte avec Howard Walter Florey et Ernst Boris Chain.