Joseph Lister żywo interesował się problemem infekcji zakaźnych i ich wpływem na ludzki organizm. Zainteresowanie to mogło czę­ściowo wypływać z faktu, że matka chirurga bar­dzo cierpiała na nawracające infekcje skórne (róża). Jeszcze jako student college'u Lister napisał dla towarzystwa dyskusyjnego esej na temat gangreny, a w 1856 roku, w okresie asystentury u doktora Syme'a w Edynburgu, napisał pracę pod tytułem The Early Stages of Inflammation (Wczesne sta­dia infekcji zapalnej).
Na początku praktyki chirurgicznej w Glasgow Lister niepokoił się wysoką liczbą przypadków infekcji po zabiegach chirurgicznych. Na przykład w 1864 roku zanotował, że 45% jego własnych pacjentów zmarło z powodu chorób infekcyjnych i że powziął silne postanowienie przeciwdziałania takiej sytuacji. Właśnie wtedy rozpoczął pionierskie próby wprowadzenia środków antyseptycznych do praktyki szpitalnej.
Brytyjscy chirurdzy i profesorzy medycyny odnosili się do tych nowinek bardzo sceptycznie, jednak lekarze niemieccy dość szybko przekonali się do metod propagowanych przez Listera i zasto­sowali je podczas wojny w 1870 roku. Chirurdzy już wcześniej stosowali pewne związki chemiczne (jak jodyna i chlorek cynku) do odkażania ran, ale aby dowieść niezwykłego znaczenia chirurgii anty-septycznej, Lister musiał przekonać ich do zupeł­nie nowego, specyficznego produktu.

Jak się okazało, substancją tą miał być związek chemiczny o nazwie kwas karbolowy (obecnie zna­ny także pod nazwą występującego w nim aktyw­nego czynnika,fenolu). Kwas karbolowy otrzymał niemiecki chemik Friedlieb Runge (1797-1867) w latach trzydziestych dziewiętnastego wieku. W 1864 roku Lister przeczytał w gazecie o tym, jak zastosowano kwas karbolowy w oczyszczalni ścieków w Carlisle, gdzie skutecznie usunął on zapach zgnilizny, i jak próbowano zapobiec infek­cji u bydła, spryskując pastwisko fenolem, nieste­ty, zwierzęta zdechły. Lister natychmiast zdał sobie sprawę, że kwas karbolowy można zastosować jako nowy środek antyseptyczny.
W księgach oddziałowych Listera pierwsza wzmianka o zastosowaniu kwasu karbolowego po­jawiła się w grudniu 1864 roku, jednak pierwsza całkowicie udana operacja z wykorzystaniem fe­nolu jako antyseptyku została przeprowadzona w Glasgow w Royal Infirmary dopiero 12 sierpnia 1865 roku. Operowanym był 11 -letni chłopiec James Greenless.

James Greenless doznał złamania otwartego - ostre końce złamanej kości przerwały skórę, tworząc nie­bezpieczną ranę. Dotychczas we wszystkich przy­padkach otwartego złamania kości chirurdzy postę­powali w ten sam sposób: natychmiast amputowali kończynę. Tymczasem Lister zdecydował się na wypróbowanie nowej metody.
Najpierw zanurzył narzędzia chirurgiczne w roz­tworze kwasu karbolowego, by w ten sposób je zdezynfekować. Po operacji owinął ranę bandaża­mi namoczonymi w kwasie karbolowym, aby od­izolować ją od otoczenia i zapobiec ropieniu. Lister odniósł sukces - operacja udała się. W 1867 roku Lister przedstawił swoje spostrzeżenia w słynnej prący opublikowanej w czasopiśmie medycznym The Lancet.
Chociaż Lister zaproponował nowy i skuteczny sposób zmniejszenia liczby zakażeń pooperacyj­nych, był wówczas przekonany, że są one spowo­dowane po prostu przez „złe powietrze", zbyt dużą liczbę pacjentów i brud panujący w szpitalach. Nie miał jeszcze pojęcia o mikroorganizmach, takich jak bakterie czy wirusy, które są bezpośrednimi sprawcami infekcji.

W 1865 roku profesor chemii uniwersytetu w Glasgow, Thomas Anderson (1819-1874), suge­rował Listerowi przeczytanie pracy francuskiego chemika Louisa Pasteura. Pasteur wykonał serię eksperymentów, które zdawały się potwierdzać przypuszczenia, że proces fermentacji i gnicia pro­duktów spożywczych jest spowodowany obecno­ścią zarazków, czyli mikroorganizmów, występu­jących na cząsteczkach kurzu w powietrzu. Lister zaczął zastanawiać się, czy rozkład zainfekowanych ran nie jest spowodowany działalnością takich samych mikroorganizmów i przeprowadził własne eksperymenty wzorowane na pasteurowskich. W eksperymentach Listera miejsce wywaru mię­snego zajął jego własny mocz - a wyniki potwier­dziły przypuszczenia naukowca francuskiego.
Później, w latach siedemdziesiątych XIX wieku, Lister zaczął rozpylać w sali operacyjnej delikatną mgiełkę kwasu karbolowego, aby powietrze było sterylne i by do rany nie dostały się obecne | w powietrzu mikroorganizmy. Niestety, Lister tak w wielką wiarę pokładał w kwasie karbolowym, że zaniedbywał inne, najprostsze wymagania higie­ny, głównie dlatego, iż obawiał się, że mogłyby one odwrócić uwagę chirurgów od konieczności stosowania fenolu. Jedno z najbardziej znanych zdjęć przedstawia Listera i jego kolegów operują­cych w zwykłych, codziennych surdutach, których nie zmieniali do kolejnych operacji.

Sam kwas karbolowy także ma swoje wady. Przede wszystkim jest toksyczny nie tylko dla mikro­organizmów, ale także białych krwinek, pacjenta ,i komórek otaczających ranę. Spryskiwanie sali operacyjnej kwasem karbolowym sprawiło, iż warunki pracy stały się nie do wytrzymania i Lister w 1887 r. zarzucił tę metodę . Pomimo to opraco­wane przez niego metody antyseptyczne okazały się wysoce skuteczne. Już sześć lat po pierwszym zastosowaniu fenolu Joseph Lister donosił, że śmiertelność w jego oddziałach chirurgicznych spa­dła z 45 do 15 procent.