In den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts wurde der Begriff „Pleomorphismus“ verwendet, um sich auf die Idee zu beziehen, dass Bakterien ihre Morphologie, ihre biologischen Systeme oder ihre Fortpflanzungsmethoden dramatisch verändern, je nachdem, was die Umwelt ihnen vorgibt. Diese Behauptung war unter den Mikrobiologen der damaligen Zeit umstritten und spaltete sie in zwei Schulen: die Monomorphisten, die diese Behauptung ablehnten, und die Pleomorphisten wie Antoine Béchamp, Ernst Almquist, Günther Enderlein, Albert Calmette, Gastons Naessens, Royal Raymond Rife und Lida Mattman, die diese Behauptung unterstützten. Laut einem Zeitschriftenartikel von Milton Wainwright, einem britischen Mikrobiologen, aus dem Jahr 1997 war der Pleomorphismus von Bakterien unter den modernen Mikrobiologen der damaligen Zeit nicht weit verbreitet.
Monomorphe Theorie, unterstützt von Louis Pasteur, Rudolf Virchow, Ferdinand Cohn und Robert Koch, entwickelte sich zum vorherrschenden Paradigma in der modernen medizinischen Wissenschaft: Es wird heute fast allgemein akzeptiert, dass jede Bakterienzelle von einer vorher existierenden Zelle mit praktisch gleicher Größe und Form abstammt. Allerdings wurde kürzlich gezeigt, dass bestimmte Bakterien in der Lage sind, ihre Form dramatisch zu verändern.
Sergei Winogradsky nahm in der Pleomorphismus-Kontroverse eine Mittelposition ein. Er stimmte mit der monomorphen Denkschule überein, war aber mit einigen der grundlegenden mikrobiologischen Überzeugungen, die die prominenten Monomorphisten Cohn und Koch vertraten, nicht einverstanden. Winogradsky veröffentlichte eine Literaturübersicht mit dem Titel „The Doctrine of Pleomorphism in Bacteriology“ (Die Lehre vom Pleomorphismus in der Bakteriologie), in der er versuchte, die pleomorphe Debatte zu erklären und die grundlegenden Fehler in den Argumenten beider Seiten zu identifizieren. Winogradsky postulierte, dass die Pleomorphisten Naegli und Zopf nicht in der Lage waren, die Existenz von bakteriellen morphologischen Klassen wahrzunehmen, und dass Cohn und Koch innerhalb ihrer eigenen Annahmen Arten von morphologisch abweichenden Bakterien ignorieren, die nicht in axenischen Kulturen wachsen können. Winogradsky erklärte die Wahrnehmung pleomorpher Bakterien als Bakterien, die verschiedene Stadien innerhalb eines Entwicklungszyklus durchlaufen, und lieferte damit die grundlegende Struktur für eine Theorie der Morphologie, die auf dem Konzept der dynamischen Abweichung von einem morphologischen Typ oder Biotyp basiert.
Während die Pleomorphismus-Debatte in ihrer ursprünglichen Form zum Teil noch existiert, hat sie sich überwiegend zu einer Diskussion über die Methoden, die evolutionäre Entstehung und die praktischen Anwendungen des Pleomorphismus gewandelt. Viele moderne Wissenschaftler betrachten den Pleomorphismus entweder als Reaktion eines Bakteriums auf den Druck, der durch Umweltfaktoren ausgeübt wird, wie z. B. Bakterien, die in Gegenwart von Antibiotika antigene Marker abwerfen, oder als einen Vorgang, bei dem Bakterien sukzessive kompliziertere Formen entwickeln. Eine als „Pleomorphic Provolution“ bezeichnete Hypothese, eine Komponente von Stuart Graces „Ambimorphic Paradigm“, berücksichtigt beide Theorien.
Obwohl kürzlich gezeigt wurde, dass bestimmte Bakterien in der Lage sind, ihre Form dramatisch zu verändern, bleibt die Pleomorphie ein umstrittenes Konzept. Ein gut akzeptiertes Beispiel für Pleomorphismus ist Helicobacter pylori, das sowohl in einer helixförmigen Form (klassifiziert als gekrümmter Stab) als auch in einer kokkoiden Form existiert. Bei Legionella pneumophila, der Spezies des intrazellulären Bakterienparasiten, der für die Legionärskrankheit verantwortlich ist, wurde eine Differenzierung innerhalb eines entwicklungsmäßig vielfältigen Netzwerks beobachtet. Die Gattungen Corynebacterium und Coccobacillus wurden als pleomorphe Gattungen bezeichnet, diphtheroide Bazillen wurden als pleomorphe nosokomiale Bakterien klassifiziert. Zusätzlich wurden in einer Studie, die sich auf Erreger einer nicht-infektiösen Krankheit konzentrierte, pleomorphe Bakterien im Blut gesunder Menschen gefunden.
Ein Faktor, der den Pleomorphismus einiger Bakterien beeinflusst, ist ihre Ernährung. Zum Beispiel wurde gezeigt, dass das Bakterium Deinococcus radiodurans Pleomorphismus in Abhängigkeit von Unterschieden im Nährstoffgehalt seiner Umgebung zeigt.