На 28 септември 1928 г. шотландският биолог и фармаколог сър Александър Флеминг открива пеницилина – първият антибиотик в света. Докато работи в лабораторията си в болницата Св. Мария в Лондон, той забелязва, че около синьо-зелен мухъл, замърсил култура от стафилококи, липсва бактериален растеж. Флеминг заключава, че мухълът отделя вещество, което потиска бактериите и разтваря клетките им. Той отглежда чиста култура и идентифицира мухъла като Penicillium notatum, а филтрата от бульонната му култура нарича пеницилин.

Още в ранните проучвания пеницилинът се оказва ефективен срещу Грам-положителни бактерии, но неефективен срещу Грам-отрицателни организми и плесени. Флеминг първоначално го смята за полезен дезинфектант, но след експерименти се убеждава, че не може да остане достатъчно дълго в човешкото тяло, за да убива патогенни бактерии. Той спира да го изучава след 1931 г., подновява клинични проучвания през 1934 г. и ги продължава до 1940 г., но така и не успява да получи стабилна лекарствена форма. Затова откритието му не получава широко признание по онова време.

По-рано други изследователи също описват бактериостатичния ефект на Penicillium. Още през 1875 г. Джон Тиндал представя подобна публикация в Кралското дружество в Лондон, а френският лекар Ернест Дюшен документира смъртоносното въздействие на някои мухъли върху бактерии през 1894 г., но институтът „Пастьор“ не приема работата му заради младостта му.

Пробивът идва през 1939 г., когато австралийският фармаколог Хауърд Флори и английският биохимик Ърнст Чейн се запознават с публикацията на Флеминг. Те повтарят опитите, получават пречистен пеницилин и доказват лечебния му ефект върху плъхове и хора. С подкрепата на правителствата на САЩ и Великобритания те започват масово производство през 1941 г., което спасява милиони животи по време на Втората световна война.

През 1942 г. съветският микробиолог и епидемиолог Зинаида Ермолеева също получава пеницилин в чист вид и участва в организирането на промишленото му производство в СССР, което помага за спасяването на хиляди войници от пневмония, тетанус, гангрена, дифтерия и менингит.

На 11 декември 1945 г. Флеминг, Флори и Чейн получават Нобелова награда за физиология или медицина за работата си върху пеницилина, който предизвиква революция в медицината.