Jedan je od osnivača medicinske mikrobiologije. Godine 1882. u Fiziološkom društvu u Berlinu, Koch je iznio vlastitu spoznaju o uzročniku tuberkuloze, patogenom mikroorganizmu štapićastog oblika, koji je po njemu nazvan Kochovim bacilom. Bilo je to revolucionarno otkriće u borbi protiv najopasnije bolesti 19. stoljeća. Također je pronašao uzročnike kolere, ispitivao malariju i afričku bolest spavanja, te uveo liječenje kininom. Godine 1905. dobio je Nobelovu nagradu za medicinu.