Petrie, Karl Friedrich (más néven Cup) német bakteriológus és Robert Koch tanítványa volt. Szakterülete a patogén mikroorganizmusok tanulmányozása bakteriológiai és fertőző betegségek laboratóriumaiban. Fő kutatási területe a tuberkulózis és a szifilisz elleni vakcinák voltak.
Petrie gyermekkora óta érdeklődött a mikroorganizmusok iránt, és megfigyelte Robert Koch munkáját, aki Petrie tanára volt. 1876-ban a Kochtól kapott kapcsolatoknak köszönhetően Petrie Robert Hamerlings német tudós asszisztense lett. Itt tanulmányozta a szifiliszt, és megállapította, hogy a fertőzés vér útján terjed. Ez a felfedezés fordulópontot jelentett a tudományos világ számára, és antibiotikumok és vakcinák kifejlesztéséhez vezetett.
Miután több évig Hamerling asszisztenseként szolgált, Petrie 1882-ben tanári állást kapott a berlini Higiéniai Intézetben. Ezután Robert Koch vezetésével a Higiéniai Intézetbe költözött, és asszisztensi állást kapott.
Munkája forradalmasította a mikrobák tudományát, és hozzájárult ahhoz, hogy bakteriológussá váljon