Прежде всего надо было выяснить, обладают ли другие плесени тем же свойством? Друзья Флеминга вспоминали, как у него загорались глаза при виде предмета, покрытого плесенью. Скульптор Дженингс вспоминал, как однажды Флеминг сказал вдруг окружавшим его художникам: "Друзья, если у кого-нибудь из вас есть заплесневелые туфли, мне бы очень хотелось, чтобы вы их мне подарили".
Опыты показали, что ни одна другая из исследованных Флемингом плесеней не выделяла антибактериального вещества. Значит, именно его Пенициллиум все больше заслуживал внимания.
Флеминг изучал культуры, выясняя, на какой день роста, при какой температуре и на какой питательной среде он получит наибольший эффект от действующего начала.
Важнейшим свойством таинственного вещества оказалась его малая токсичность. Флеминг ввел кроликам в вену по 20 миллилитров жидкости и убедился, что инъекция оказалась столь же безвредной, как и инъекция жидкой среды, в которой микробы не выращивались. Все это становилось в высшей степени интересным для Флеминга. Он решил, что вещество, выделяемое плесенью в бульон, заслужило название, и окрестил его пенициллином. Не сумев выделить антибактериальное действующее начало, он продолжал называть пенициллином неочищенный фильтрат, но, судя по всему, его интересовало именно антибактериальное вещество, содержащееся в фильтрате.
Выделением и очисткой пенициллина занялась в 1932 году группа химиков под руководством профессора Гарольда Райстрика, одного из лучших химиков Англии. Однако после предварительной очистки пенициллина, химики отказались от дальнейших попыток получить его в абсолютно чистом виде, поскольку при применении обычных химических методов он начинал разлагаться.
Этим закончился первый этап изучения пенициллина. Казалось, открытие Флеминга — явление случайное. Позднее сподвижник Флеминга профессор Мадридского университета Ф. Бустинза-Лахиондо писал: "Говорят о случайности этого открытия, но мне бы хотелось напомнить высказывание Пастера о том, что случай обычно подготовлен определенным ходом мыслей. Нельзя отрицать, что он играет в научной работе немалую роль в качестве какого-то непредвиденного явления. Но кто способен оценить это явление? Его может правильно интерпретировать только зрелая мысль. Многие люди не подготовлены к пониманию природных явлений, и только отдельные личности, воспитанные в повседневном напряжении поиска и одаренные тонким аналитическим интеллектом, наделены даром понимать страницы удивительной книги природы, всегда открытой для тех, кто умеет ее читать".