C’est en 1855 qu’il commence ses études sur la fermentation. Tout d’abord sur la fermentation lactique puis en 1856 plus précisément sur la fermentation alcoolique.
C'est en 1864 qu'il revient dans le Jura, à Arbois, où il installe un laboratoire pour ses recherches sur le vin. Il met en place l'expérience suivante :
Il installe une serre sur une partie des vignes et laisse l’autre partie en extérieur. Les raisins récoltés à l’extérieur ont fermenté sans problème alors que pour ceux sous serre la fermentation ne démarre pas. Louis Pasteur prouve ainsi que la fermentation n’est pas provoquée par l’action de l’air sur les sucres comme on le croyait communément, mais bien par la présence des levures apportés par le vent et les insectes.
Louis Pasteur reçoit le 29 décembre 1883 le mérite agricole pour ses travaux sur les vins et la fermentation.
C’est grâce à lui qu’aujourd’hui les vignerons connaissent mieux la vigne et le procédé de fermentation.