W pierwszych dekadach XX wieku termin „pleomorfizm” był używany w odniesieniu do idei, że bakterie zmieniają morfologię, systemy biologiczne lub metody reprodukcji dramatycznie w zależności od wskazówek środowiskowych. Twierdzenie to było kontrowersyjne wśród ówczesnych mikrobiologów i podzieliło ich na dwie szkoły: monomorfistów, którzy sprzeciwiali się temu twierdzeniu, oraz pleomorfistów, takich jak Antoine Béchamp, Ernst Almquist, Günther Enderlein, Albert Calmette, Gastons Naessens, Royal Raymond Rife i Lida Mattman, którzy popierali to twierdzenie. Według artykułu z 1997 r. autorstwa Miltona Wainwrighta, brytyjskiego mikrobiologa, pleomorfizm bakterii nie był szeroko akceptowany przez ówczesnych mikrobiologów.
Teoria monomorficzna, wspierana przez Ludwika Pasteura, Rudolfa Virchowa, Ferdynanda Cohna i Roberta Kocha, stała się dominującym paradygmatem we współczesnych naukach medycznych: Obecnie prawie powszechnie przyjmuje się, że każda komórka bakteryjna pochodzi od wcześniej istniejącej komórki o praktycznie takim samym rozmiarze i kształcie. Jednak ostatnio okazało się, że niektóre bakterie są zdolne do drastycznej zmiany kształtu.
Sergei Winogradsky zajął stanowisko pośrednie w kontrowersji dotyczącej pleomorfizmu. Zgadzał się z monomorficzną szkołą myślenia, ale nie zgadzał się z niektórymi podstawowymi przekonaniami mikrobiologicznymi, które wyznawali wybitni monomorfiści Cohn i Koch. Winogradsky opublikował przegląd literatury zatytułowany „The Doctrine of Pleomorphism in Bacteriology” („Doktryna pleomorfizmu w bakteriologii”), w którym starał się wyjaśnić debatę na temat pleomorfizmu, identyfikując podstawowe błędy w argumentacji każdej ze stron. Winogradsky twierdził, że pleomorfiści Naegli i Zopf nie byli w stanie dostrzec istnienia klas morfologicznych bakterii, a Cohn i Koch, w ramach swoich własnych założeń, ignorują gatunki morfologicznie zróżnicowanych bakterii, które nie są w stanie rosnąć w kulturach aksenicznych. Winogradsky wyjaśnił postrzeganie bakterii pleomorficznych jako bakterii przechodzących przez różne stadia w cyklu rozwojowym, dostarczając w ten sposób fundamentalnej struktury dla teorii morfologii opartej na koncepcji dynamicznego odchylenia od typu morfologicznego, czyli biotypu.
Pomimo, że debata na temat pleomorfizmu w pewnym stopniu nadal istnieje w swojej pierwotnej formie, została ona w większości zmieniona na dyskusję dotyczącą metod, ewolucyjnych początków i praktycznych zastosowań pleomorfizmu. Wielu współczesnych naukowców uważa pleomorfizm albo za odpowiedź bakterii na presję wywieraną przez czynniki środowiskowe, jak np. bakterie, które pozbywają się markerów antygenowych w obecności antybiotyków, albo za zjawisko, w którym bakterie ewoluują w coraz bardziej skomplikowane formy. Hipoteza określana jako „Pleomorphic Provolution”, będąca częścią „Ambimorphic Paradigm” Stuarta Grace’a, uwzględnia obie te teorie.
Ale ostatnio wykazano, że niektóre bakterie są zdolne do drastycznej zmiany kształtu, pleomorfia pozostaje kontrowersyjną koncepcją. Dobrze przyjętym przykładem pleomorfizmu jest Helicobacter pylori, która występuje zarówno w formie spiralnej (klasyfikowanej jako zakrzywiony pręt), jak i kokoidalnej. Legionella pneumophila, gatunek wewnątrzkomórkowego pasożyta bakteryjnego odpowiedzialnego za chorobę legionistów, różnicuje się w obrębie zróżnicowanej rozwojowo sieci. Rodzaje Corynebacterium i Coccobacillus zostały uznane za pleomorficzne, a bakterie błonkoskrzydłe Bacilli za pleomorficzne bakterie szpitalne. Ponadto, w jednym z badań skoncentrowanych na czynnikach związanych z chorobami niezakaźnymi, stwierdzono występowanie pleomorficznych bakterii we krwi zdrowych ludzi.
Jednym z czynników wpływających na pleomorfizm niektórych bakterii jest ich odżywianie. Na przykład, wykazano, że bakteria Deinococcus radiodurans wykazuje pleomorfizm w zależności od różnic w zawartości składników odżywczych w jej środowisku.