1928年9月的一天早晨，英国伦敦圣玛丽医院的细菌学家弗莱明像往常一样，来到了实验室。在实验室里一排排的架子上，整整齐齐排列着很多玻璃培养器皿，这些都是有毒的细菌，弗莱明收集了它们，是在寻找一种能够它们，把它们培养成无毒细菌的方法。其中一种在显微镜下看起来像葡萄球状的细菌，存在很广泛，危害也很大。弗莱明试验了各种药剂，力图找到一种能杀灭它的理想药品，但是一直没有成功。
弗莱明来到架子前，逐个检查着培养器皿中细菌的变化。当他来到靠近窗户的一只培养器前的时候，他皱起了眉头，自言自语道：“唉，怎么搞的，竟然变成了这个样子！”原来，这只贴有葡萄状球菌标签的培养器里，盛放的培养基发了霉，长出一团青色的霉花。弗莱明没有马上把这培养器交给助手倒掉，而是仔细观察了一会儿。
使他感到惊奇的是，在青色霉菌的周围，有一小圈空白的区域，原来生长的葡萄状球菌消失了。难道是这种青霉菌的分泌物把葡萄状球菌杀灭了吗？想到这里，弗莱明兴奋地把它放到了显微镜下进行观察。结果发现，青霉菌附近的葡萄状球菌已经全部死去，只留下一点枯影。他立即决定，把青霉菌放进培养基中培养。
几天后，青霉菌明显繁殖起来。于是，弗莱明进行了试验：用一根线蘸上溶了水的葡萄状球菌，放到青霉菌的培养器中，几小时后，葡萄状球菌全部死亡。接着，他分别把带有白喉菌、肺炎菌、链状球菌、炭疽菌的线放进去，这些细菌也很快死亡。但是放入带有伤寒菌和大肠杆菌等的线，这几种细菌照样繁殖。
弗莱明发现青霉素，似乎是偶然的，但却是他细心观察的结果。让人又感到遗憾的是，当时青霉素还无法马上用于临床治疗，因为青霉素培养液中所含的青霉素太少了，很难从中提取足够的数量供治疗使用。所以弗莱明暂停了实验，但是他的发现，为后来的科学家开辟了道路。
10年后对青霉素的再次研究所取得的临床效果更是震惊了世界，因此，这次研究被世人称为“青霉素的二次发现”。1940年，在牛津大学主持病理研究工作的澳大利亚病理学家弗洛里，仔细阅读了弗莱明关于青霉素的论文，对这种能杀灭多种病菌的物质产生了浓厚的兴趣。但是他知道，要提取出这种物质，需要各方面科学家的共同努力。他邀请了一些生物学家、生物化学家和病理学家，组成了一个联合实验组。这之中，德国生物化学家钱恩是他最主要和得力的助手。
在弗洛里的领导下，联合实验组紧张地开展了研制工作。经过几个月的辛勤工作，钱恩提取出了一小匙青霉素。把它溶解在水中，用来杀灭葡萄状球菌，效果很好。即使把它稀释2百万倍，仍然具有杀灭能力。随后，他们开始了更努力的提取工作，终于获得了能救活一个病人所需的青霉素，并救活了一名病人，证明了这种药物的无比效能。
弗洛里清醒地意识到，青霉素要广泛地用于临床治疗，必须改进设备，进行大规模生产。但这对联合实验组来说，却是无法办到的事。当时的伦敦正遭受德国飞机的频繁轰炸，要进行大规模生产很不安全。
1941年6月，弗洛里不顾钱恩的反对，带着青霉素样品来到不受战火影响的美国。经过和美国科学家的共同努力，终于制成了以玉米汁为培养基，在24℃的温度下进行生产的设备。用它提炼出的青霉素，纯度高，产量大，从而很快开始了在临床上的广泛应用，一些传染病的死亡率大大下降，无数人的生命得到了拯救，从而改变了人类与传染病之间生死搏斗的历史。
1945年，弗莱明、弗洛里和钱恩三人，因在青霉素发现利用方面作出的杰出贡献，共同获得了诺贝尔生理学及医学奖。