这种分子特异性在染料和细胞的反应中表现得如此生动，让埃尔利希魂牵梦绕。1882年，在罗伯特·科赫（Robert Koch）的协助下，他又发现了另一奇异的化学染色斑点，这一次是分枝杆菌（mycobacteria），科赫曾发现它是肺结核的病因。几年后，埃尔利希发现，某些毒素注入动物体内后，能够产生“抗毒素”（后被称为“抗体”），它以超常的特异性结合毒素并使其失活。他从马的血液中提纯了抗白喉毒素的特效血清，然后转往斯坦格利兹（Steglitz）的血清研究检测院，在加仑桶中制备这种血清。后来他移居法兰克福建立了自己的实验室。

但是埃尔利希越是广泛探索生物领域，就越是绕回到自己原来的观点。生物世界里充满了这样的分子——它们能够挑选出自己的伙伴，就像设计精巧的锁能匹配一把钥匙。毒素紧紧黏附着抗毒素，只显示出细胞特定部分的染色，能在一群混合的微生物中准确地挑出其中某类化学染色。埃尔利希推断，如果生物学是一场精心安排的拼图游戏，那么如果有某种化学物质可以区分细菌细胞和动物细胞，并且能够杀灭前者而不触及宿主，岂不更好？

一天深夜，埃尔利希参加完会议，在从柏林返回法兰克福狭窄的夜车车厢中，兴致勃勃地向另外两位科学家同行描述他的想法：“我突然想到……应当能够找到一种人工合成的物质，它可以针对某些疾病产生真正的、特异的疗效，而不仅仅是缓和病征……这种有疗效的物质，必须能直接消灭引起疾病的微生物；它不是通过‘远距离作用’，完全是在该化合物与寄生物紧密结合的情况下才发挥作用。这些寄生物只有在与化合物有特别关系、有特异亲和性时，才会被杀灭。”

当时，与埃尔利希同一车厢的学者已经打起盹来。但是，他在这节车厢中的激昂陈辞却以其纯粹、根本的形式道出了医学界最重要的思想之一。“化学疗法”——使用特定化学物质治疗疾病的这一观念，在这个午夜时分诞生了。埃尔利希开始在他熟悉的地方寻找“有疗效的化学物质”：染色工业的化学品，如未被发掘的宝库一般，在他早期生物学试验中发挥了关键性的作用。他的实验室就在法兰克福繁荣的染料工业区周边，靠近法兰克福阿尼林法本工厂（Frankfurter Anilinfarben-Fabrik）和利奥波德·卡塞拉公司（Leopold Cassella Company）。他只需走一小段路穿过山谷，便能轻易获取化学品及其衍生物。于是，埃尔利希有了数千种化合物可供使用，开始着手进行一系列实验，测试它们在动物身上的生物学效应。

他开始猎寻抗菌的化学物质，部分原因是他已经知道化学染料会明确地结合细菌细胞。他用能引起可怕的昏睡病的布氏锥体虫（trypanosoma brucei）感染老鼠和兔子，然后再给它们注射化学衍生物，以确定其中是否有某种药物可遏制感染。试验了几百种化学品后，埃尔利希与其合作者找到了他们的第一种抗生素：一种鲜艳的红宝石色染料衍生物，埃尔利希称之为“锥虫红”（Trypan Red）。这个以疾病和染料颜色并列命名的名字，主宰了医学史近一个世纪的时间。