Pasteur gjorde flere vitenskapelige oppdagelser. I et tidlig arbeid demonstrerte han kiralitet i molekyler, det vil si at disse finnes i en «venstrehendt» og en «høyrehendt» utgave. Han oppdaget anaerobiose, at noen organismer kan utvikle seg og leve uten oksygen. Gjennom forsøk bidro han også til å avvise teorien om spontan generasjon av liv, og banet veien for den moderne teorien om bakterier som grunnlag for sykdom. Pasteur hjalp fransk landbruk og industrier, som ølbrygging, vinmaking og silkeproduksjon, og lette etter kurer for sykdommer hos dyr og mennesker. Han arbeidet mye med gjæring og parasitter, og laget tidlige vaksiner.