他通过显微镜观测实验，第一次打开了微观世界的大门，从而开创了微生物学。
列文虎克从小就对微观世界兴趣无穷，他急需一个“神奇的眼睛”，于是，就在1665年自己动手研制了一台十分简陋的显微镜。
从此，列文虎克开始用他的“宝镜”观察一些微小的东西，比如鸡的羽毛，苍蝇的翅膀，蜘蛛的脚爪，羊毛的纤维，树叶的脉络……一切都是那么的新鲜有趣，令人不可思议。
精彩的微观世界令他兴奋不已，几年后，他研制的显微镜不仅越来越多，而且越来越精致完美，以致能把东西放大300倍。他完全沉醉在微观世界的奇妙景象中。
1674年的一天，列文虎克在研磨透镜时不小心将手指划破，他索性将手指上的一滴血放在显微镜下观察。哇！他发现这红色血液里竟有许多像小车轮一样在滚动的东西，当时人们还不知道这就是红血球。
在1675年的一个下雨天，列文虎克做了一个震惊世界的实验。
他突然想到，雨水里会不会有别的东西呢？于是就用吸管在地上的水坑里吸了一管雨水，滴了一滴在显微镜下观察。“啊！”他禁不住惊叫起来，“水珠怎么变活了！”原来，他发现水珠里面有许多奇形怪状的“小动物”在蠕动。“咦，这些小家伙是从哪里来的呢？是从天上掉下来的吗？”他赶紧叫女儿用干净的杯子到外面接了半杯雨水，放在显微镜下观察，结果什么东西也没有。可是过了几天再看，杯子里的雨水又有了那些“小动物”。
后来在显微镜下，他发现几乎到处都有这种“小动物”，泥土里有，牙缝里有，指甲缝里也有。列文虎克将这些实验记录写成实验报告，寄给英国皇家学会。这篇实验报告无异于向学术界投掷了一颗重磅炸弹，引起了轰动效应。列文虎克发现的那些“小动物”，就是后来人们所说的细菌。由于他的发现，人们开始对细胞、微生物及其生命现象进行显微研究。
列文虎克打开了微生物学的大门，成为了世界上第一个微生物世界的探索者。直到今日，微生物学已成为近代科学中，对人类造福最大的一门科学。现代生命工程、基因工程、微生物工程、酶工程等，无一不是对微生物研究利用的成果。可以说在人类生产生活的各个方面，都与微生物密切相关。