Открытие становилось чрезвычайно интересным. По-видимому, плесень выделяла вещество, останавливающее рост возбудителей некоторых опасных заболеваний. Значит, она могла стать могучим терапевтическим оружием. Флеминг говорил: "Мы обнаружили плесень, которая, может быть, принесет какую-нибудь пользу".
Он вырастил свою плесень в большой колбе с жидкой питательной средой. Поверхность ее через некоторое время после посева покрылась толстой войлочной гофрированной массой. Сначала она была белой, потом стала зеленой и, наконец, почернела. Прозрачная среда через несколько дней приобрела интенсивный желтый цвет. Необходимо было узнать, обладает ли эта жидкость бактерицидными свойствами плесени. Оказалось, что она так же активна, как и плесень, и действует на те же самые микробы, то есть содержит то же бактерицидное вещество, которое выделяла плесень. Флеминг испробовал действие растворов, разведенных в 20, 40, 200 и 500 раз. Последний раствор все еще подавлял рост стафилококков. Таинственное вещество, находившееся в золотистой жидкости, обладало необычайной активностью. У Флеминга тогда не было возможности установить, что полезного вещества в питательной среде приходилось не более одного грамма на тонну (даже морская вода содержит больше золота).
Теперь следовало определить вид плесени. Познания Флеминга в микологии были весьма поверхностны. Он взялся за книги и выяснил, что его плесень называлась Пенициллиум хризогенум. Флеминг показал свою плесень молодому ирландскому микологу Ла Тушу, работавшему вместе с врачами, изучавшими бронхиальную астму (ученые утверждали, что многие случаи астмы у людей, живущих в сырых помещениях, вызваны плесенью). Тот изучил ее и определил как Пенициллиум рубрум. Флеминг положился на мнение специалиста, и в первом своем докладе назвал свою плесень именно так, как ее определил Ла Туш. Два года спустя знаменитый американский миколог Том установил, что это Пенициллиум нотатум — вид, близкий к Пенициллиум хризогенум, за который Флеминг и принял этот гриб.
Опыт по изучению бактерицидного действия плесени убедили Флеминга, что он столкнулся с явлением антибиоза. Один живой организм — плесень — выделял вещество, убивающее другие живые организмы — возбудителей опасных болезней. Мирное сосуществование этих видов невозможно.
В своих рабочих тетрадях знаменитый английский хирург, отец антисептики Листер 25 ноября 1871 года описал следующее явление: в сосуде с мочой, оставленной открытым, оказалось множество бактерий, а также зернистые нити, в которых он узнал плесень. Заметив, что бактерии находились как будто в угнетенном состоянии, он провел ряд опытов, чтобы узнать, не превращается ли жидкость после разрастания плесени в неблагоприятную среду для бактерий. Опыты не дали убедительных результатов, и Листер их прекратил. Но он отметил, что когда войлочная масса плесени, которую он принимал за Пенициллиум глаукум, покрывала поверхность мочи, микробы становились совершенно неподвижными и чахли.