Когда в его уезде разразилась эпидемия сибирской язвы, Кох занялся изучением этой болезни. Проведя серию методичных и тщательных экспериментов, он выявил бактерию, которая являлась причиной сибирской язвы, изучил биологический цикл развития возбудителя и эпидемиологические особенности заболевания. Его статьи по проблемам сибирской язвы были опубликованы в 1876 и 1877 годах.

В 1880 году он стал правительственным советником в Имперском отделении здравоохранения в Берлине. В то время в Германии от туберкулеза умирал каждый седьмой человек, и Кох решил найти возбудитель туберкулеза. Ему удалось обнаружить бактерии в виде палочек только из 271-ого препарата, при посеве которого на питательную среду и последующего специального окрашивания удалось выделить возбудителя, при заражении которым у морских свинок развивался туберкулез. 24 марта 1882 года Кох объявил о своем открытии.

После этого Роберт Кох работал в Индии, где выделил микроб, вызывающий холеру - холерный вибрион. Открытия Коха сделали его одним из тех лиц, кто определяет направления развития здравоохранения. В 1885 году Кох стал профессором Берлинского университета и директором только что созданного Института гигиены, при этом продолжая изучать возбудителя туберкулеза, что впоследствии привело к разработке туберкулиновой пробы, которая и по сей день используется в диагностике туберкулеза.

В 1905 году за «исследования и открытия, касающиеся лечения туберкулеза», был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Открытия Роберта Коха внесли неоценимый вклад в развитие медицины в общем и отдельных частных дисциплин, что позволило бороться с такими инфекционными заболеваниями как: брюшной тиф, малярия, холера, туберкулез, сибирская язва и др.