Jedan je od osnivača usporedne patologije, mikrobiologije, embriologije i imunobiologije. Bio je profesor na univerzitetu u Odesi. Iz političkih razloga napustio je Rusiju, i otišao je 1883. u Messinu (Sicilija), gdje je otkrio fagocitozu. Godine 1886. vratio se u Odesu, ali 1888, na Pasteurov poziv, preselio se u Pariz, organizirao u Pasteurovom institutu laboratoriju, gdje je i radio do kraja života.
Istražujući fagocitozu, 1892. formulirao je opću teoriju o procesu upale. Razradio je teoriju o starenju kao posljedici patološke fagocitoze živčanih i drugih oslabljenih ćelija, do koje dolazi zbog intoksikacije produktima bakterija u debelom crijevu. Stoga je kao lijek od "bolesti starenja" preporučivao jogurt. Za istraživanja fagocitoze dobio je Nobelovu nagradu za medicinu 1908.
