Ausbildung und frühe Karriere
Fleming war das siebte von acht Kindern eines schottischen Bergbauern (drittes von vier Kindern der zweiten Frau des Bauern). Sein Aufwachsen auf dem Land im Südwesten Schottlands schärfte schon früh seine Beobachtungsgabe und sein Verständnis für die natürliche Welt. Er begann seine Grundschulzeit in Loudoun Moor und wechselte dann auf eine größere Schule in Darvel, bevor er 1894 in die Kilmarnock Academy eintrat. 1895 zog er nach London zu seinem älteren Bruder Thomas (der als Augenarzt arbeitete) und absolvierte seine Grundausbildung am Regent Street Polytechnic.
Nachdem er als Londoner Schifffahrtskaufmann gearbeitet hatte, begann Fleming 1901 sein Medizinstudium an der St. Mary’s Hospital Medical School, finanziert durch ein Stipendium und ein Vermächtnis seines Onkels. Dort gewann er 1908 die Goldmedaille als bester Medizinstudent der University of London. Zunächst wollte er Chirurg werden, doch eine Aushilfsstelle in den Laboratorien der Impfabteilung des St. Mary’s Hospitals überzeugte ihn, dass seine Zukunft auf dem neuen Gebiet der Bakteriologie lag. Dort geriet er unter den Einfluss des Bakteriologen und Immunologen Sir Almroth Edward Wright, dessen Ideen der Impfstofftherapie eine revolutionäre Richtung in der medizinischen Behandlung zu bieten schienen.
Zwischen 1909 und 1914 etablierte Fleming eine erfolgreiche Privatpraxis als Venerologe, und 1915 heiratete er Sarah Marion McElroy, eine irische Krankenschwester. Flemings Sohn, Robert, geboren 1924, folgte seinem Vater in die Medizin. Fleming war einer der ersten Ärzte in Großbritannien, der Arsphenamin (Salvarsan) verabreichte, ein gegen Syphilis wirksames Medikament, das 1910 von dem deutschen Wissenschaftler Paul Ehrlich entdeckt worden war. Während des Ersten Weltkriegs hatte Fleming einen Auftrag im Royal Army Medical Corps und arbeitete als Bakteriologe, der Wundinfektionen in einem Labor untersuchte, das Wright in einem Militärkrankenhaus eingerichtet hatte, das in einem Casino in Boulogne, Frankreich, untergebracht war. Dort wies er nach, dass die Verwendung starker Antiseptika auf Wunden mehr schadet als nützt und empfahl, die Wunden einfach mit einer milden Kochsalzlösung sauber zu halten. Nach dem Krieg kehrte Fleming nach St. Mary’s zurück und wurde zum stellvertretenden Leiter der Impfabteilung befördert. Jahre später, im Jahr 1946, folgte er Wright als Leiter der Abteilung, die in Wright-Fleming-Institut umbenannt wurde.
Im November 1921 entdeckte Fleming das Lysozym, ein Enzym, das in Körperflüssigkeiten wie Speichel und Tränen vorhanden ist und eine leicht antiseptische Wirkung hat. Das war die erste seiner großen Entdeckungen. Sie kam zustande, als er erkältet war und ein Tropfen seines Nasenschleims auf eine Kulturplatte mit Bakterien fiel. Als er erkannte, dass sein Schleim eine Wirkung auf das Bakterienwachstum haben könnte, mischte er den Schleim in die Kultur und sah einige Wochen später Anzeichen dafür, dass die Bakterien aufgelöst worden waren. Flemings Studie über Lysozym, die er als seine beste Arbeit als Wissenschaftler betrachtete, war ein wichtiger Beitrag zum Verständnis, wie der Körper Infektionen bekämpft. Leider hatte Lysozym keine Wirkung auf die am meisten pathogenen Bakterien.