In Cambridge kon de jonge biochemicus meteen aan de slag en in 1935 werd hij ‘weggekocht’ door Oxford, waar hij onder meer slangengif en kankercellen bestudeerde en werkte aan de ontwikkeling van allerlei biochemische bepalingen.
Net toen de oorlog uitbrak, in 1939, begon hij samen met ene Howard Florey te werken aan een systematische studie van antibacteriële stoffen die gemaakt werden door andere micro-organismen. Onder meer penicilline, de al bijna weer vergeten wonderstof van Fleming.
Onderzoek in oorlogstijd vergde extra veel creativiteit, want geld was er nauwelijks. Chain en Florey lieten in het begin schimmel groeien in wat ze maar te pakken konden krijgen: badkuipen, beddenpannen en melkbussen bijvoorbeeld. Collega Norman Heatley vond een manier om die werkzame stof in redelijke concentraties uit het schimmelsap te halen, en een andere biochemicus wist het verder op te zuiveren.
Met de penicilline deden ze dierproeven. Al in 1940 wisten ze te bewijzen dat de stof muizen kon beschermen tegen een normaal gesproken dodelijke infectie met streptokokken, een soort bacteriën. En op 12 februari 1941 diende de eerste proef met een mens zich aan.
Het was in die tijd zo dat een schrammetje je dood kon betekenen. De 43-jarige politieman Albert Alexander had zich in december 1940 licht verwond bij het snoeien van rozen, op zijn wang. Hoewel het ook mogelijk is dat een verwonding bij een bombardement tot een infectie heeft geleid. Hoe dan ook, een maand later werd hij in het ziekenhuis opgenomen met abcessen op zijn hoofd en in zijn longen. Een oog moest worden verwijderd. De etterende wonden werden steeds groter. Hij raakte bewusteloos en leek ten dode opgeschreven, en juist dat maakte dat hij in aanmerking kwam als proefpersoon. Alexander kreeg als allereerste mens een infuus met penicilline. En jawel hoor: binnen een etmaal zakte zijn koorts, kreeg hij zijn eetlust terug en begonnen de wonden te helen.