19世纪70年代初，柯赫，应农民的要求，帮助他们抗击可怕的炭疽热传染病，他们的兽群正在遭受此病的侵染。受巴斯德微生物学理论的启发，柯赫非常高兴能够有机会也寻找疾病的原因，而不只是治疗其症状。他在家里装备起一所小型实验室，配置显微镜，开始研究因炭疽热致死的家畜血样品。当他从显微镜观察样品时，发现了杆状细菌，他猜测这就是肇事者。他开始追踪杆菌的整个生活周期，让老鼠柯赫在寻找病因上是一位大胆的勇士。感染这一疾病，于是炭疽热病菌（从被感染的动物血）由一个老鼠，传到另一个老鼠，总共传了20代。不久前，德国植物学家科恩（Ferdinand Cohn，1828—1898）曾经观察到细菌形成孢子，并且发现孢子能够耐极高的温度。柯赫现在发现，炭疽热病菌可形成孢子，正如巴斯德所认为的那样，这些孢子可以在地球上存活很多年。柯赫还成功地研究了细菌整个生活周期，科恩热情地支持他发表研究结果。
在柯赫对认识传染病起因的许多贡献中，值得一提的是，他确立了一条规则，用于辨别引起某种传染病的原因。他说，研究者必须在患病的动物身上找到可疑的微生物，然后在培养基上得到纯系菌株。随后把培养物注入健康动物身上，使之患病。研究者还必须在该患病动物身上找到和原先一样的细菌。
柯赫成功地战胜炭疽热，还得益于他所创立的方法，亦即他改进了细菌的培养基[运用一种由海藻中提炼的叫做琼脂的凝胶状媒质，以及他的助手珀特里（Julius Richard Petri，1852—1921）发明的培养皿]。他还成功地发现了霍乱杆菌，1882年发现了肺结核的起因——结核杆菌。遗憾的是，他对于肺结核的治疗遭遇失败，尽管他曾经一度认为找到了办法。
1905年，柯赫主要由于在肺结核起因方面的工作，荣获诺贝尔生理学或医学奖。