Em 1876, Koch descobriu a bactéria do carbúnculo, o Bacillus anthracis. Logo após, descobriu, também, um modo de cultivar e isolar essas bactérias. E em 1880, foi nomeado membro do Departamento de Saúde Imperial de Berlim, prova do reconhecimento que teve com seus estudos e descobertas sobre a infecção de feridas.
Em 1882, Koch descobriu o isolamento da bactéria da tuberculose, Mycobacterium tuberculosis, após estudos que vinha desenvolvendo. O bacilo causador da doença ficou conhecido como bacilo de Koch, em sua homenagem. Depois de mais essa descoberta, Koch partiu para o Egito e para a Índia, em 1883, onde pretendia desenvolver seus estudos sobre a cólera. Algum tempo depois, descobriu a bactéria causadora da doença, o Vibrio comma.
O bacteriologista desenvolveu, então, os chamados Postulados de Koch, nos quais sistematizou a pesquisa e a identificação de doenças provocadas por bactérias.
Em 1905, Koch ganhou o Premio Nobel de Medicina e morreu cinco anos depois, aos 66 anos, na Alemanha.