Det videnskabelige gennembrud indtraf mange år senere, hvor penicillin blev opdaget som det første antibiotikum af sin art. I 1929 fandt den britiske forsker Alexander Fleming ved et tilfælde ud af, at svampen penicillium notatum kunne hæmme bakterievækst. I en petriskål havde forskeren efterladt en koloni af stafylokok-bakterier og derefter forladt sit laboratorium på St. Mary hospital i London for at holde ferie. Da Alexander Fleming kom tilbage til laboratoriet, blev han mødt af et underligt syn. Rundt omkring en plet af mug i petriskålen var stafylokok-bakterierne døde. I mellemtiden var en lille svampespore nemlig fløjet ind af vinduet i laboratoriet og havde bekæmpet nogle af bakterierne i petriskålen. Efter en nærmere undersøgelse konstaterede Alexander Fleming, at det var skimmelsvampen penicillium notatum, der kunne dræbe bakterier. Det aktive virkningsstof i svampen fik derfor navnet penicillin.
Fra opdagelse til anvendelse
Først ti år efter Alexander Flemings opdagelse fandt den tyske forsker Ernst Chain sammen med australieren Howard Florey frem til, hvordan man kunne isolere penicillin fra svampen og bruge stoffet til behandling af bakterielle infektioner. Det blev redningen for tusindvis af sårede soldater under 2. Verdenskrig, der fik penicillin for at undgå infektion i deres sår.
I 1945 modtog penicillinens ophavsmænd nobelprisen for deres opdagelse, og allerede året efter var penicillin sat i masseproduktion og tilgængeligt som behandling for den almene befolkning. Stoffet kunne behandle adskillige infektioner forårsaget af de to bakterietyper stafylokokker og streptokokker, for eksempel halsbetændelse, lungebetændelse, skarlagensfeber og hud- og sårinfektioner. Det utrolige og nye ved penicillin var, at det kunne dræbe bakterierne uden at gøre skade på patienten.
Penicillin banede vejen for flere nye, naturlige antibiotika, som blev udviklet i slutningen af 1940’erne og begyndelsen af 1950’erne. Det var blandt andre kloramfenikol til behandling af øjeninfektioner og tetracyklin til behandling af klamydia og akne. Tetracyklin viste sig ydermere at have den fordel, at stoffet kunne bruges til patienter, som var allergiske over for penicillin.