ساعدت بعض الأعمال التي قام بها كل من لويس باستير وروبرت كوخ، على تطوير علم البكتريولوجيا إلى علم من العلوم المهمة في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي. وأوضح العالم الفرنسي باستير أن البكتيريا تتسبب في عملية التخمر (تغييرات كيميائية) ، مثل عملية تحمُّض الحليب أو تحوُّل الخمر إلى خل. وتعرف أيضًا على أنواع من البكتيريا تسبب بعض أنواع التخمر. وكان كوخ أول عالم يتوصَّل إلى معرفة بعض أنواع البكتيريا التي تسبب عددًا من الأمراض. فقد توصَّل إلى أن البكتيريا العصوية الجمرية تسبب مرض الجمرة في الماشية والبشر، وتوصل أيضًا إلى أن بكتيريا المتفطرة الدرنية تسبب مرض الدرن (السل) .
وساعد اختراع المجهر الإلكتروني في الثلاثينيات من هذا القرن على دراسة التركيب الداخلي للخلايا البكتيرية. ومازال علماء البكتيريا إلى اليوم يحاولون معرفة كيف تسبب البكتيريا الأمراض. وهم يدرسون طرقا لاستخدام البكتيريا للسيطرة على تلوّث الماء ومعالجة مياه المجاري والنفايات الصناعية.