1921年的冬天，在倫敦圣瑪麗醫院從事研究工作的弗萊明得了重感冒，但他仍然堅持工作，索性趁此機會研究起了引起感冒的微生物。他從自己的鼻腔中取出一些粘液（鼻涕），滴在固體培養基上。 

兩周后，弗萊明在清洗這個培養基前做了最后一次檢查，他發現了一個不尋常的現象——培養基中長滿了滕黃微球菌菌落，但是粘液周圍卻沒有這種菌落，而是出現另一種外觀呈半透明狀的“菌落”（其實是細菌溶解所致）。
 

一開始弗萊明認為這個“新菌種”來自于他的鼻腔粘液中的新球菌，還特意給它們取了個名字A.F. （Alexander Fleming的縮寫）。為了探明這個“新菌種”，弗萊明做了多次的對照實驗，并得出鼻腔粘液中含有“抗菌素”的結果，之后他發現人體中幾乎所有體液和分泌液都含有這種“抗菌素”，而這種“抗菌素”在經過加熱和蛋白沉淀后會失去其抗菌性，由此他斷定這是一種蛋白質酶，最后把它重新命名為溶菌酶。

那時為了進一步研究溶菌酶，弗萊明還四處問別人討要眼淚，這使得很多人對他唯恐避之不及，這件事還被畫成卡通故事刊登在當地的報紙上。直到1922年，弗萊明發現蛋清中溶菌酶的濃度比眼淚高出數倍，解決了溶菌酶的來源問題，弗萊明才停止了問別人討要眼淚的做法。

 

可以說，弗萊明發現溶菌酶確實有其偶然性，但是他的任何研究都是有目的的，只有“偶然”并不能帶來任何成就。
 

在1922年，弗萊明發表了論文宣布溶酶菌被正式發現，后來他和助手對溶菌酶持續做了7年的研究，發現這種酶的殺菌能力不強，且對多種病原菌都沒有作用，只對一些微生物起作用，他們對此結果頗為失望。

雖然溶菌酶最初在醫療上意義不是特別的重大，但后來的研究證明溶菌酶能專一性地作用于目的微生物的細胞壁，而不能作用于其他物質，是一種無毒、無害、安全性很高的鹽基水解蛋白酶，近年來已廣泛運用于醫藥和生物工程。

溶菌酶在食品領域也得到了廣泛的應用，例如可用于天然食品的防腐和保鮮，此外還可以添加到食品和乳制品中，以增強機體免疫力和降低致病菌對腸胃道的侵襲。