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细菌对抗生素的耐药性目前已知的主要有4种机制：
1. 最常见的是，细菌把入侵的抗生素分解掉，比如耐药菌产生的β—内酰胺酶（β—lactamase）能分解包括青霉素在内的β—内酰胺类抗生素的β—内酰胺环；另外，耐药菌产生的钝化酶（磷酸转移酶、核酸转移酶、乙酰转移酶）可以使氨基糖苷类的抗生素失去抗菌活性。
2. 细菌自身发生的突变使得抗生素的作用靶点（如核酸或核蛋白）的结构发生了变化，抗菌药物就无法或不易发挥作用，比如耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌就是产生了青霉素的蛋白结合部位的某些变异，降低了药物的活性。
3. 细菌细胞膜渗透性或其他特性发生变异，使抗菌药物无法进入其细胞内。
4. 细菌的基因突变产生的外排泵系统（Efflux pumps），以主动运输的方式将进入其细胞内的药物排出细胞外。
以分解青霉素的β—内酰胺酶为例，早期发现的内酰胺酶效率很低，并不能很有效地分解青霉素，所以这些早期的抗药细菌在青霉素压力下的存活率比“正常”细菌仅仅高了一点点。这些“一点点”的随机变异在青霉素“自然选择”的压力下不断地被富集，被“优化”，直至产生高效率的内酰胺酶。为了制服这些能产生β—内酰胺酶的抗药细菌，医药界的科研人员开始寻找不会被β—内酰胺酶分解的新型抗生素，由默沙东制药研发的亚胺培南（Imipenem）就是其中很成功的新一代“碳青霉烯”（Carbapenem）类抗生素。
从概念上讲，研发耐β—内酰胺酶的新型抗生素不会很难，但各大药厂的早期尝试都没有获得成功。“人算不如天算”，1976年，当各大药企的研究人员还在不断摸索，到处碰壁的时候，默沙东实验室的科学家们从一种链霉菌的发酵液里发现了一个新型的天然抗生素—噻烯霉素（Thienamycin），因为化学稳定性很差，噻烯霉素的结构到1979年才被确定。科学家们发现它与青霉素很相似，也含有β—内酰胺的核心结构，但是内酰胺并环上的硫原子被碳原子取代了，另外还加进了碳碳双（烯）键，所以它被定义为“碳青霉烯”类抗生素。这些结构上的变化使得碳青霉烯很难被β—内酰胺酶分解，但保留了青霉素广谱杀菌的特性，正是医药界苦苦寻找的新一代抗生素。从进化论角度看，碳青霉烯类抗生素应该和有抗药性的细菌一样，也早就存在了，但从筛选技术上讲，只有在抗药性的细菌被“选择和富集”了之后，能够杀死这些细菌变异的天然碳青霉烯类抗生素才有可能被发现，因为它们反过来又被这些新型的耐药细菌“选择”了。
噻烯霉素本身的化学稳定性不好，不易于制备和保存，也不适合于临床应用。但是，有了这个样板，“仿制”起来就容易多了，而且目标也明确，那就是要发明一个比噻烯霉素更稳定，适合于临床使用的碳青霉烯类抗生素。通过一个很简单的化学修饰，将噻烯霉素支链上的氨基保护起来，默沙东的科研团队合成出了亚胺培南—第一个被批准用于临床的碳青霉烯类抗生素。
从此，人类与细菌的“军备竞赛”进入了一个新的轮次。