Fleming avaldas palju artikleid bakterioloogiast, immunoloogiast ja kemoteraapiast. Tema tuntumad saavutused on ensüüm lüsosüümi avastamine 1923 ning antibiootikum penitsilliini avastamine hallitusseenest pintselhallikust 1928, mille eest ta pälvis 1945 Howard Walter Florey ja Ernst Boris Chainiga Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhinna.