Nel 1922, in modo casuale, scopre il lisozima: qualche settimana dopo aver messo del suo muco nasale su una capsula di Petri, nota che delle colture di microbi si erano sviluppate su tutta la piastra tranne che sulla sua secrezione. Esperimenti successivi fatti con altro muco o con lacrime gli dimostrarono che era presente in questi liquidi una sostanza ad azione antibatterica, molto superiore a quella del siero di origine animale. Le caratteristiche di questi liquidi erano dovuti ad un enzima, che "lisava" (dal greco Lysis, dissoluzione) certi microbi: da qui il nome lisozima. Lo scozzese trovò l'enzima in molti tessuti e umori, umani come animali o vegetali: esso sembrava l'antisettico naturale, la prima difesa della cellula contro i microbi, il mezzo con cui gli esseri viventi potevano sopravvivere senza essere continuamente attaccati da malattie. Fleming avrebbe voluto isolare l'enzima puro, ma il gruppo al department non aveva né un chimico né un biochimico (problema che si riscontrerà anche in seguito con la penicillina). Fleming presentò i suoi risultati: nel dicembre 1922 espose i suoi studi al Medical Research Club, ma ottennero un'accoglienza glaciale. Sempre con argomento il lisozima, Alexander preparò una comunicazione che Wright presentò alla Royal Society of Medicine, e dal '22 al '27 pubblicò altri 5 studi. Il lisozima si rivelò presto non potente come creduto da Fleming: devastante sui batteri innocui, perdeva efficacia sui batteri patogeni. Così la sua ricerca continuò. Studiò la merbromina (mercurocromo), antisettico efficace ma troppo tossico per l'uomo.