Pasteur diventa professore di chimica alla Facoltà di Strasburgo, ma ottiene un permesso speciale da parte del Ministro dell'Educazione, per allontanarsi temporaneamente dall'impiego e dedicarsi esclusivamente ai suoi studi. Durante quindici anni di ricerche, Pasteur scopre il ruolo dei microorganismi nelle fermentazioni, arrivando a classificare gli esseri viventi microscopici (da lui denominati "fermenti") in due grandi categorie : aerobici (che non possono vivere senza ossigeno) ed anaerobici (che possono vivere in assenza di ossigeno).
Nel 1854 Pasteur si occupò di fermentazione nelle bevande alcoliche riuscendo a dimostrare il ruolo svolto dai microrganismi in questo processo; questo quando gli scienziati dell'epoca ritenevano la fermentazione alcolica un fenomeno esclusivamente chimico. L'estensione di queste ricerche ai problemi di conservazione del latte lo portarono a ideare il processo, oggi conosciuto con il nome di pastorizzazione, che consente di uccidere i microrganismi dannosi eventualmente presenti nel latte, portando il liquido a 60-70° C per breve tempo prima dell'imbottigliamento.
Studiò i sistemi di prevenzione di numerose malattie: setticemia, colera difterite, tubercolosi e vaiolo, rabbia. Per la prevenzione della rabbia riuscì a sviluppare una forma attenuta del virus responsabile utilizzabile come vaccino che ha salvato migliaia di persone.
Louis Pasteur è stato di fatto un vero benefattore dell'umanità.