Koch posztulátumai kijelenti, hogy:
1. A mikroorganizmusnak a betegség minden esetben jelen kell lennie.
2. A mikroorganizmust izolálni kell, és tiszta kultúrában kell szaporítani.
3. A mikroorganizmus tiszta tenyészetének egészséges, fogékony gazdaszervezetbe történő bejutása esetén a betegséget kell okoznia.
4. A mikroorganizmust újra el kell izolálni a kísérletileg fertőzött gazdaszervezettől.
Ezeket a posztulátumokat számos fertőző betegség, köztük a tuberkulózis, a kolera és a diftéria kórokozóinak azonosítására használták. Az orvosi mikrobiológia fontos eszközei ma is.
A Koch-féle posztulátumokon végzett munkája mellett Koch számos festési technikát is kifejlesztett, amelyeket a baktériumok mikroszkóp alatti megjelenítésére használnak. Megalapította Berlinben a Fertőző Betegségek Intézetét is, amelyet később az ő tiszteletére Robert Koch Intézetnek neveztek el.
Koch munkássága mély hatást gyakorolt az orvostudomány területére, és hozzájárult a modern mikrobiológia fejlődésének megalapozásához. A 19. század egyik legbefolyásosabb tudósaként tartják számon.