Entra, em 1874, para o Colégio Médico do Exército, em Berlim. Forma-se em 1878 e é obrigado a permanecer no serviço militar, trabalhando na Polônia. Volta a Berlim em 1888 e no ano seguinte entra para o Instituto de Higiene.
Com suas pesquisas em bacteriologia, ao lado do cientista Shibasaburo Kitasato, prova ser possível imunizar um animal contra o tétano injetando nele o soro sanguíneo de outro animal infectado pela doença. Obtém o mesmo resultado ao estudar a difteria.
Por causa de tais experimentos, lança os fundamentos da imunologia. Com base na nova ciência, surge outra visão do tratamento de doenças pela medicina, com o desenvolvimento de vacinas para prevenir animais e seres humanos contra males provocados por vírus e bactérias.
Torna-se professor em Halle em 1894 e, no ano seguinte, em Marburg. Depois de 1901 se dedica ao estudo da tuberculose. Associa-se a uma indústria farmacêutica em 1914, para a produção de soro e vacinas em Marburg, cidade onde morre.