1882年通过改良染色法首次分离出结核杆菌，证实其与肺结核的致病关系[1] 。1883年在埃及霍乱疫情中提取出霍乱弧菌，建立细菌与消化道传染病的关联模型[2] 。这两项发现使人类首次明确微生物与特定疾病的对应关系。
创立血清固体培养基技术，解决纯菌种分离难题，该技术被沿用至20世纪80年代分子生物学兴起前[1] 。设计可携带式显微摄影装置，实现细菌形态可视化记录，该装置原型现藏于柏林医学史博物馆[2] 。
提出的科赫三原则包含三个核心标准：病原体在病体中恒常存在、可分离培养、接种后引发相同病症[1] 。这套方法论被写入《医学微生物学标准研究方法》，截至2024年仍是全球疾控机构的操作指南。
1891年创建的柏林卫生研究所（现名罗伯特·科赫研究所）持续开展细菌耐药性监测，其2020年新冠肺炎疫情期间承担德国病毒溯源工作[2] 。该机构保存有科赫研发的200余种培养基配方原稿及6000份细菌标本切片。