Treballà a l’institut d’higiene de Berlín, on, en col·laboració amb Shibasaburo Kitasato, demostrà (1890) que el sèrum d’animals infectats amb bacteris del tètanus provocava immunitat en ésser injectat en altres animals, demostració que pot ésser considerada el punt d’arrencada de la immunologia. Reeixí a preparar el sèrum antidiftèric (1891). L’any 1901 li fou concedit el primer premi Nobel de medicina i fisiologia.