По свидетельству биографа, Флеминг нашёл способ выращивать грибы рода Penicillium на тонкой бумаге. Получив культуру, он заключал её между стёклышками и скреплял их металлической оправой или ободом, сделанным из панциря черепахи. Такие сувениры из плесени, давшей миру первые антибиотики, Флеминг раздаривал друзьям, знакомым и знаменитостям: в числе получателей были папа Пий XII, британская королева и другие члены королевской семьи, актриса Марлен Дитрих, премьер-министр Черчилль и президент Рузвельт. Артефакт выставила на продажу племянница первооткрывателя пенициллина, Мэри Энн Джонстон.
Антибактериальные свойства веществ из группы пеннициллинов, содержащихся в грибах Penicillium, Флеминг открыл совершенно случайно в 1928 году. Чашки Петри с культурой стафилококков — бактерий из рода Staphylococcus, многие представители которого вызывают патологические процессы в организме человека, — остались в лаборатории Флеминга после одного из экспериментов. Спустя некоторое время учёный заметил, что в чашках выросла плесень, а бактерии явно чувствовали себя плохо и умирали в больших количествах.
Флеминг предположил, что плесневые грибки выделяют вещество, обладающее сильными антибактериальными свойствами. Выделив его и назвав пенициллином, Флеминг получил первый в истории антибиотик. Уже в 1941 году с помощью препаратов пенициллина удалось вылечить тяжелые случаи инфекционных заболеваний, а затем американские фармацевтические компании начали поставки антибиотиков на фронт. По некоторым оценкам, открытие Флеминга спасло жизни более 200 миллионам человек по всему миру.