微生物是如此之小，
小到根本无法辨认出它，
但许多人满怀热情，
寄望显微镜能一窥究竟。
它有成百排古怪的牙齿，
其后连接着舌头；
它有七条簇状的尾巴，
上面遍布可爱的粉色和紫色斑点，
每一颗斑点都是一幅图案，
每幅图案由四十根线条绘成；
它还长着嫩绿的眉毛。
而这一切无人得见——
但知识渊博的科学家们
确信它们必是如此长相……
哦！让我们永远别去怀疑
那些无人确定的事。
——《微生物》[1]，
希莱尔·贝洛克（HilaireBelloc）， 1896年
原始微生物大约从30亿年前就开启了它们在地球的进化之旅，但直至19世纪晚期才被人类成功分离出来，距后来希莱尔·贝洛克写下这首《微生物》仅仅20年左右。尽管这首诗仅为消遣之作，但也反映出时人对微生物所持的怀疑态度。疾病曾不同程度地被归因于神的意志、行星的排列、沼泽散发的瘴疠之气或腐烂有机物散发的各种有害气体，而只有在认知取得巨大飞跃后人们方能接受这样一个事实——微小的生物体才是导致疾病的罪魁祸首。当然，人们的认知并非一朝一夕就能扭转，但随着被发现的微生物日益增多，“细菌理论”占据了上风，到20世纪初，微生物能导致疾病这一观点已获得各界广泛认可，甚至包括非科学界。
17世纪的荷兰透镜制造商安东尼·范·列文虎克（AntonievanLeeuwenhoek）对显微镜技术的改良在人们认知实现巨大飞跃的过程中起到了关键作用。虽然列文虎克是最早看见微生物的人，但直到19世纪中期，巴黎的路易斯·巴斯德（LouisPasteur）和柏林的罗伯特·科赫（RobertKoch）才证实“细菌”是导致传染病的原因。巴斯德的研究对推翻时人普遍相信的“自然发生说”（即生命可以从无机物质中产生）起到了重要作用。他将肉汤煮沸后放入一个带过滤器的培养瓶内，以此防止空气中的任何颗粒物质进入，结果显示这样能避免霉菌在肉汤中生长。这证实了空气中飘浮着微小的“细菌”。
科赫于1876年发现了第一种细菌——炭疽杆菌（Bacillusanthracis）。他很快就发明了在实验室中培养微生物的方法，并在此后接连识别和表征出一系列致病微生物，它们引发了令人闻之色变的疾病，如炭疽、结核病、霍乱、白喉、破伤风和梅毒。很明显，细菌的结构类似于哺乳动物的细胞，即细胞质外包围着一层细胞壁，而细胞质中盘绕着一个环状DNA分子。大多数细菌为自生细菌，可以制造自身新陈代谢和分裂所需的所有蛋白质。
至此仍有一些传染病尚未找到对应的致病微生物，如天花、麻疹、腮腺炎、风疹和流感。这些微生物显然体形更加纤小，因为它们能穿过截留细菌的过滤器，因此被称为“滤过性病原体”。在当时，大部分科学家认为这些微生物只不过是相对较小的细菌。
1876年，时任荷兰瓦赫宁根农业实验站站长的阿道夫·麦尔（AdolfMayer）着手调查一种曾摧毁了荷兰烟草业的新发烟草病害。因为染病植株的叶子上会形成斑驳的图案，所以他称之为“烟草花叶病”。他利用从病株中提取的汁液让健康植株染病，从而证明这种病害具有传染性。他认为这种病害是由某种极其微小的细菌或毒素引起的。
后来，生物学家德米特里·伊万诺夫斯基（DmitryIvanovsky）在俄国圣彼得堡大学对烟草花叶病也进行了研究，并于1892年证明该病害的病原体能够穿过截留细菌的过滤器。他的观点与麦尔类似，即该病害由细菌产生的化学毒素引起。
