Основываясь на работах Одесской станции, где тогда скромно трудилось всего пять сотрудников, Гамалея представил на суд международной науки факты, неопровержимо свидетельствующие об эффективности пастеровских прививок. Чтобы доказать полную безвредность прививок, Гамалея и Бардах ввели себе пастеровскую вакцину. Это был смелый, самоотверженный Фото А. Лесса поступок.

Рука об руку со своим учителем Мечниковым шел Гамалея и в решении проблемы невосприимчивости к заразным болезням. Мечников всю жизнь развивал и страстно защищал теорию фагоцитоза.

Гамалея признавал ее не единственной в образовании иммунитета — невосприимчивости организма. Он считал роль фагоцитов второстепенной. По его мнению, в развитии иммунитета основное значение имеют вещества, вырабатываемые в тканях.

Н. Ф. Гамалея разработал учение о болезнетворных ядах бактерий, о токсинах. Его труд «Бактерийные яды», увидевший свет в 1892 году, был по существу первой научной монографией, в которой разъяснено, что болезнетворное действие микробов обусловлено влиянием на организм их ядов. Теперь это положение общепризнанно и имеет большое значение для широкого применения лечебных и профилактических сывороток.

По книгам академика Гамалеи, а он оставил свыше четырехсот работ, училось и учится не одно поколение отечественных врачей и биологов. Такие его монографии, как «Инфекции и иммунитет», «Биологические процессы разрушения бактерий», «Учение об инфекции» — уникальные в мировой литературе.

Блестящий ученый, экспериментатор, Гамалея во всех своих помыслах и исканиях всегда неотступно думал о требованиях жизни, был неразрывно связан с современной практикой.

Много энергии и труда приложил Гамалея к разработке способов борьбы с сибирской язвой, свирепствовавшей в царской России. Изучив результаты прививок против сибирской язвы у животных, он сумел создать свою теорию так называемой вакциональной лихорадки. Он доказал, что вакцина действует только в том случае, если она вызывает у животного повышение температуры. Значит, делает он вывод, существуют особые вещества, образующиеся в организме вслед за введением вакцины и вызывающие это повышение температуры.

Современная медицинская наука располагает разнообразными вакцинами против оспы, чумы, сибирской язвы, бешенства, бруцеллеза, гриппа для профилактики заразных болезней людей и животных. Подавляющее большинство их — живые вакцины, то есть препараты, состоящие из живых, но специально измененных возбудителей заболеваний — бактерий или вирусов. Наряду с живыми вакцинами применяются и убитые вакцины, например против брюшного тифа, полиомиелита, холеры, сыпного тифа. Кроме того, применяются вакцины химические, приготовленные из отдельных химических составных частей возбудителей. Введение в организм человека определенного количества микробных ядов способствует появлению невосприимчивости.

И. Ф. Гамалея в 1888 году впервые выдвинул мысль о создании подобных химических вакцин и предпринял интересную, увенчавшуюся успехом попытку — приготовил убитую вакцину против холеры. Идеи Николая Федоровича были восприняты во всех странах мира. Через десять лет после его опытов немецкие ученые Пфейффер и Колле доказали эффективность применения убитых вакцин против кишечных инфекций.