In de eerste decennia van de 20e eeuw werd de term “pleomorfisme” gebruikt om te verwijzen naar het idee dat bacteriën hun morfologie, biologische systemen of voortplantingsmethoden ingrijpend veranderen naar gelang van de omgevingsfactoren. Deze bewering was controversieel onder microbiologen van die tijd, en verdeelde hen in twee scholen: de monomorfisten, die tegen de bewering waren, en de pleomorfisten zoals Antoine Béchamp, Ernst Almquist, Günther Enderlein, Albert Calmette, Gastons Naessens, Royal Raymond Rife, en Lida Mattman, die de bewering steunden. Volgens een artikel in een tijdschrift uit 1997 van Milton Wainwright, een Brits microbioloog, werd pleomorfisme van bacteriën niet algemeen aanvaard door de moderne microbiologen van die tijd.
Monomorfe theorie, ondersteund door Louis Pasteur, Rudolf Virchow, Ferdinand Cohn en Robert Koch, groeide uit tot het dominante paradigma in de moderne medische wetenschap: Het wordt nu bijna universeel aanvaard dat elke bacteriecel is afgeleid van een eerder bestaande cel van nagenoeg dezelfde grootte en vorm. Onlangs is echter aangetoond dat bepaalde bacteriën in staat zijn drastisch van vorm te veranderen.
Sergei Winogradsky nam in de pleomorfisme-controverse een middenpositie in. Hij was het eens met de monomorfe school van denken, maar was het niet eens met enkele van de fundamentele microbiologische overtuigingen die de prominente monomorfisten Cohn en Koch huldigden. Winogradsky publiceerde een literatuuroverzicht getiteld “The Doctrine of Pleomorphism in Bacteriology” waarin hij trachtte het pleomorfisch debat te verklaren en de fundamentele fouten in de argumentatie van beide partijen aan te wijzen. Winogradsky stelde dat pleomorfisten Naegli en Zopf niet in staat waren het bestaan van bacteriële morfologische klassen waar te nemen, en dat Cohn en Koch, binnen hun eigen veronderstellingen, soorten van morfologisch afwijkende bacteriën negeren die niet in staat zijn om te groeien binnen axenische culturen. Winogradsky verklaarde de perceptie van pleomorfe bacteriën als bacteriën die verschillende stadia binnen een ontwikkelingscyclus doorlopen, en verschafte daarmee de fundamentele structuur voor een theorie van de morfologie gebaseerd op het concept van dynamische afwijking van een morfologisch type, of biotype.
Hoewel het pleomorfiedebat in zijn oorspronkelijke vorm nog tot op zekere hoogte bestaat, is het overwegend veranderd in een discussie over de methoden, het evolutionaire ontstaan en de praktische toepassingen van pleomorfisme. Veel moderne wetenschappers beschouwen pleomorfisme ofwel als de reactie van een bacterie op druk uitgeoefend door omgevingsfactoren, zoals bacteriën die antigene markers afgeven in de aanwezigheid van antibiotica, ofwel als een verschijnsel waarbij bacteriën opeenvolgend meer gecompliceerde vormen evolueren. Een hypothese die “Pleomorfe Provolutie” wordt genoemd, een onderdeel van Stuart Grace’s “Ambimorfe Paradigma”, houdt rekening met beide theorieën.
Hoewel onlangs is aangetoond dat bepaalde bacteriën in staat zijn dramatisch van vorm te veranderen, blijft pleomorfie een controversieel concept. Een algemeen aanvaard voorbeeld van pleomorfisme is Helicobacter pylori, die zowel een helixvormige vorm (geclassificeerd als een gekromde staaf) als een coccoïde vorm heeft. Legionella pneumophila, de parasiet van de intracellulaire bacterie die verantwoordelijk is voor de veteranenziekte, blijkt zich te differentiëren binnen een netwerk van ontwikkelingsverschillen. De genera Corynebacterium en Coccobacillus zijn aangemerkt als pleomorfe genera, diphtheroïde Bacillen zijn geclassificeerd als pleomorfe nosocomiale bacteriën. Bovendien werden in één studie, gericht op agentia die betrokken zijn bij een niet-besmettelijke ziekte, pleomorfe bacteriën aangetroffen in het bloed van gezonde menselijke proefpersonen.
Een factor die het pleomorfisme van sommige bacteriën beïnvloedt, is hun voeding. Zo is bijvoorbeeld aangetoond dat de bacterie Deinococcus radiodurans pleomorfisme vertoont in relatie tot verschillen in het voedingsgehalte van zijn omgeving.