Nel 1890 frequentò a Parigi un corso di batteriologia presso il laboratorio di Roux. Cominciò allora la collaborazione con Louis Pasteur e fu incaricato da quest'ultimo di fondare una sede dell'Istituto Pasteur a Saigon, dove organizzò la produzione di vaccini contro la rabbia. Concentrò le sue ricerche sulla tossicologia e l'immunologia, dedicandosi allo studio del veleno dei serpenti, delle api e sul curaro. Organizzò, inoltre, la produzione di vaccini contro il vaiolo e la rabbia; iniziò inoltre un'attività di ricerca sul colera e sulla fermentazione dell'oppio e del riso. Tornò in Francia nel 1894 e sviluppò i primi antidoti contro il morso dei serpenti utilizzando siero di cavalli vaccinati e immunizzati ("siero Calmette"). Calmette partecipò anche allo sviluppo del primo antisiero contro la peste, in collaborazione con Alexandre Yersin, colui che ne aveva scoperto l'agente eziologico ("Yersinia pestis"). Calmette si recò in Portogallo per studiare, e contribuire a contrastare, un'epidemia di peste scoppiata a Porto.