Waksman và nhân viên phòng thí nghiệm của ông đã phát hiện ra một số loại kháng sinh, bao gồm actinomycin, clavacin, streptothricin, streptomycin, grisein, neomycin, fradicin, candicidin, và candidin. Trong số này, streptomycin và neomycin đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong điều trị nhiều bệnh truyền nhiễm. Streptomycin là thuốc kháng sinh đầu tiên chữa bệnh lao lao (TB). Năm 1952, Waksman là người nhận giải Nobel Vật lý học hoặc Y học trong công nhận "khám phá của ông về streptomycin, thuốc kháng lao đầu tiên".
Năm 1943