Educación y comienzos de su carrera
Fleming era el séptimo de los ocho hijos de un granjero escocés (el tercero de los cuatro hijos de la segunda esposa del granjero). Su educación en el campo, en el suroeste de Escocia, agudizó su capacidad de observación y apreciación del mundo natural a una edad temprana. Comenzó su educación primaria en Loudoun Moor y luego pasó a una escuela más grande en Darvel antes de inscribirse en la Academia de Kilmarnock en 1894. En 1895 se trasladó a Londres para vivir con su hermano mayor Thomas (que trabajaba como oculista) y completó su educación básica en el Regent Street Polytechnic.
Después de trabajar como empleado naviero en Londres, Fleming comenzó sus estudios de medicina en la Escuela de Medicina del Hospital St. Mary en 1901, financiado por una beca y un legado de su tío. Allí ganó la medalla de oro de 1908 como mejor estudiante de medicina de la Universidad de Londres. Al principio planeaba ser cirujano, pero un puesto temporal en los laboratorios del Departamento de Inoculación del Hospital St. Mary le convenció de que su futuro estaba en el nuevo campo de la bacteriología. Allí cayó bajo la influencia del bacteriólogo e inmunólogo Sir Almroth Edward Wright, cuyas ideas sobre la terapia vacunal parecían ofrecer una dirección revolucionaria en el tratamiento médico.
Entre 1909 y 1914 Fleming estableció una exitosa práctica privada como venereólogo, y en 1915 se casó con Sarah Marion McElroy, una enfermera irlandesa. El hijo de Fleming, Robert, nacido en 1924, siguió a su padre en la medicina. Fleming fue uno de los primeros médicos británicos en administrar arsfenamina (Salvarsan), un fármaco eficaz contra la sífilis descubierto por el científico alemán Paul Ehrlich en 1910. Durante la Primera Guerra Mundial, Fleming estaba destinado en el Royal Army Medical Corps y trabajó como bacteriólogo estudiando las infecciones de las heridas en un laboratorio que Wright había instalado en un hospital militar ubicado en un casino de Boulogne (Francia). Allí demostró que el uso de antisépticos fuertes en las heridas hacía más daño que bien y recomendó que las heridas simplemente se mantuvieran limpias con una solución salina suave. Fleming regresó al St. Mary’s después de la guerra y fue ascendido a director adjunto del Departamento de Inoculación. Años más tarde, en 1946, sucedió a Wright como director del departamento, que pasó a llamarse Instituto Wright-Fleming.
En noviembre de 1921 Fleming descubrió la lisozima, una enzima presente en fluidos corporales como la saliva y las lágrimas que tiene un efecto antiséptico suave. Fue el primero de sus grandes descubrimientos. Se produjo cuando estaba resfriado y una gota de su moco nasal cayó sobre una placa de cultivo de bacterias. Al darse cuenta de que su moco podría tener un efecto sobre el crecimiento bacteriano, mezcló el moco en el cultivo y unas semanas después vio signos de que las bacterias se habían disuelto. El estudio de Fleming sobre la lisozima, que él consideraba su mejor trabajo como científico, fue una importante contribución a la comprensión de cómo el cuerpo combate las infecciones. Desgraciadamente, la lisozima no tenía ningún efecto sobre las bacterias más patógenas.