El 1978 rebé el premi Nobel de fisiologia juntament amb W.Arber i H.O.Smith, pels seus treballs d’aplicació dels enzims de restricció a desxifrar i mapar l’estructura de l’ADN del virus cancerigen SV 40, i contribuir a la identificació de les bases moleculars del càncer.
Defensà la teoria de la generació espontània, que pensava haver demostrat amb un experiment el 1740, el qual donà lloc a una llarga polèmica amb Spallanzani. Comentà en New Microscopical Discoveries (1745) les seves recerques microscòpiques. Autor d’una notable teoria sobre la formació del relleu terrestre i d’algunes obres filosòfiques.
El 1884 descobrí el bacil productor del tètan ( Clostridium tetani ) en el pus de les ferides dels malalts tetànics, conegut també, en honor seu, com a bacil de Nicolaier.
Membre d’una família de metges molt lligats a Pasteur, dirigí, des del 1903 fins a la mort, l’Institut Pasteur de Tunísia, on investigà sobretot el tifus exantemàtic, en descobrí la forma de transmissió (per polls) i féu possible la profilaxi de la malaltia. També descobrí un mètode de vacunació contra el xarampió. Li fou atorgat el premi Nobel de medicina el 1928..
Hom li deu troballes importants en el diagnòstic de la sífilis (prova de la luetina, identificació del treponema pàl·lid en el cervell dels paralítics generals) i en l’etiologia del tracoma.
Havent-se traslladat a Anglaterra (Cambridge), hi fundà el Journal of Hygiene i ideà una sèrie de proves d’un gran interès en l’anàlisi clínica de la sang. Aïllà el Bacillus aerogenes capsulatus de la gangrena gasosa, en col·laboració amb W.H.Welch. Escriví Hygienic Measures in Relation to Infectious Diseases (1893).
Professor a Harvard durant molts anys, és conegut pels seus descobriments de plantes i per les seves descripcions d’ocells típics dels EUA.
Professor a la Universitat de Nagoya, descobrí els anomenats segments d’Okazaki, cadenes curtes d’ADN que, en la duplicació de l’ADN, se sintetitzen separadament i s’uneixen després per formar la cadena seguida.
Juntament amb Déperet i Donnezan, fou el creador del Museu de Perpinyà. Recollí quatre mil espècies de mol·luscs al departament dels Pirineus Orientals. A Bages, Cornellà del Bèrcol, Vilamulaca i Baixàs descobrí diverses espècies, la tortuga gegant de Vilanova de Raó i un gat mesquer fòssil, al qual hom denominà Viverre Pepratxi.