Изучая процессы внутриклеточного пищеварения, И.И.Мечников открыл, что мезодермальные клетки —лейкоциты, клетки селезенки, костного мозга и др., которые он назвал фагоцитами (лат. phagocytus; от греч. phagein — есть, поедать и kytos — полость, клетка), выполняют функцию защиты организма от болезнетворных микроорганизмов. Первый доклад о фагоцитарной теории иммунитета "О защитных силах организма" И.И.Мечников сделал на VII съезде русских естествоиспытателей и врачей в Одессе в 1883 г. Его теория явилась основой для понимания сущности процесса воспаления.

В конце XIX в. немецкий ученый Пауль Эрлих (Ehrlich, Paul, 1854-1915) положил начало учению об антителах как факторах гуморального иммунитета. Бурная полемика и многочисленные исследования, предпринятые после этого открытия, привели к весьма плодотворным результатам: было установлено, что иммунитет определяется как клеточными, так и гуморальными факторами. Таким образом, было создано учение об иммунитете. В 1908 г. его авторы И.И.Мечников и П.Эрлих были удостоены Нобелевской премии.

И.И.Мечников создал крупнейшую школу российских микробиологов, иммунологов и патологов. В его лаборатории в Институте Пастера постоянно работали российские ученые, которые стали его учениками и последователями. Среди них Г.Н.Габричевский, который в 1892 г. начал читать курс микробиологии в Московском университете и организовал в Москве производство противодифтерийной сыворотки; Д.К.Заболотный, основавший первую в России кафедру микробиологии (1898) в Петербургском женском медицинском институте и внесший большой вклад в изучение эпидемиологии чумы; Н.Ф.Гамалея, занимавшийся профилактикой сыпного тифа, оспы и чумы; A.M.Безредка, Л.А.Тарасевич и многие другие.

Большое значение для развития медицинской микробиологии имели открытия немецкого ученого Роберта Коха (Koch, Robert, 1843-1910) — основоположника бактериологии, лауреата Нобелевской премии 1905 г. Кох установил правило, которое получило название триады Генле -Коха: для доказательства этиологической роли микроорганизма в возникновении данной заразной болезни необходимо: 1) обнаружить данный микроб в каждом случае данного заболевания {причем при других болезнях или у здорового человека он не должен встречаться) ; 2) выделить его из тела больного в чистой культуре; 3) вызвать такое же заболевание у подопытного животного, заразив его чистой культурой этого микроба. Кох первым предложил метод выращивания чистых бактериальных культур на плотных питательных средах (1877), окончательно установил этиологию сибирской язвы (1876), открыл возбудителей туберкулеза (1882) и холеры (1883).