Usahanya terbukti berhasil dalam mengungkap sebagian besar masalah dan implikasi teoritasi baru muncul dari karyanya. Pasteur menyelidiki aspek fermentasi, termasuk produksi senyawa seperti asam laktat yang bertanggung jawab membasahi susu. Dia juga mempelajari fermentasi asam butirat.
Pada 1857, Pasteur meninggalkan Lille dan kembali ke Paris. Dia ditunjuk sebagai manajer dan direktur studi ilmiah di École Normale Supérieure.
Pada tahun yang sama dia memaparkan bukti eksperimental terkait partisipasi organisme hidup dalam semua proses fermentasi dan menujukkan organisme tertentu dikaitkan dengan masing-masing fermenasi tertentu. Bukti ini memunculkan teori fermentasi kuman.
Pada 1862, Pasteur terpilih menjadi Académie des Sciences dan tahun berikutnya dia diangkat menjadi profesor geologi, fisika, dan kimia di École des Beaux-Arts. Tak berselang lama, Pasteur mengalihkan perhatiannya ke krisis ulat sutera di Prancis.
Di pertengahan abad ke-19, penyakit misterius menyerang pembibitan ulat sutera Prancis. Telur ulat sutera tidak lagi dapat diproduksi di Perancis, dan mereka tak bisa diimpor dari negara lain. Sebab, penyakit ini telah menyebar ke seluruh Eropa dan telah menginvasi wilayah Kaukasus Eurasia, Cina, dan Jepang.