Il suo nome è legato all'importante scoperta della colorazione di Gram da cui deriva la classificazione dei batteri in Gram-positivi e Gram-negativi (i batteri prendono il nome "Gram" proprio dal medico danese). La tecnica della colorazione venne effettuata da Gram nel 1884 a Berlino: mentre esaminava del tessuto polmonare di pazienti deceduti per polmonite, notò che le cellule batteriche si coloravano più intensamente con cristalvioletto e soluzione di Lugol. Esperimenti successivi evidenziarono che batteri quali gli "Pneumococchi" conservavano il colore anche se si effettuava un lavaggio con etanolo, altri invece come i "Corynebatteri" non lo trattenevano. Tale colorazione è tutt'oggi essenziale nella classificazione dei batteri.