Pada pertengahan abad ke-19, para ilmuwan kesehatan masyarakat dan kedokteran, lebih mengarahkan pengamatan dan penelitiannya terhadap konsep baru tentang penyebab penyakit secara khusus serta teori tentang imunitas. Banyak di antara para peneliti pada awal era mikrobiologi mulai mengarahkan perhatiannya pada lingkungan fisik dalam mencari agen yang spesifik sebagai faktor penyebab penyakit. Lingkungan fisik ditempatkan sebagai sumber, media, bahkan sebagai penyebab terjadinya penyakit tertentu.
Di Inggris pada tahun 1842 telah diterbitkan laporan Edwin Chadwick yang disertai dengan sejumlah gambaran dalam bentuk tabel mengenai peranan lingkungan terhadap kejadian penyakit. Di dalam laporan ini diuraikan bahwa faktor kemiskinan dan ketidaktahuan memegang peranan penting sebagai sebab terjadinya kematian yang tinggi. Dalam hal ini, Chadwick dengan konsep kejadian penyakit yang didasarkan pada teori miasma, dan dianggap sangat berhasil dalam menggunakan model pengumpulan, pengolahan dan interpretasi data dalam analisis kejadian penyakit dalam masyarakat.
Di samping itu, Chadwick juga telah melakukan suatu pengamatan longitudinal yang didasarkan pada before and after experiment (sebelum dan sesudah perlakuan khusus). Beliau mengamati serta membandingkan keadaan angka moralitas dengan berdasarkan pada penduduk yang terpapar terhadap keadaan lingkungan pemukiman sebelum dan sesudah dilakukan sistem pembuangan air limbah (before end after drained area). Bentuk pengamatan tersebut merupakan penelitian terhadap pengaruh lingkungan hidup yang selanjutnya mulai dikembangkan oleh beberapa ahli epidemiologi pada abad itu, dan termasuk di antaranya kelompok William Farr, John Snow, dan John Simon sebagai kelompok peneliti yang sukses.
Dengan demikian mulailah berkembang konsep lingkungan (environmental concept) serta sistem pendekatan numerik (numerical approach) dalam memahami masalah kesehatan masyarakat dan hubungannya dengan lingkungan yang dikembangkan melalui dasar pemikiran epidemiologis (epidemiological thinking).
Dengan perkembangan mikrobiologi secara pesat serta didapatkannya mikro-organisme penyebab penyakit, disusul dengan pemunculan konsep pejamu dan imunitas membawa perkembangan baru dalam dunia epidemiologi. Selama periode tersebut, selain usaha menemukan jenis mikro-organisme tertentu sebagai penyebab penyakit, juga mendorong dikembangkannya konsep hubungan kausal yang berperan dalam proses kejadian penyakit. Namun demikian, sebagaimana halnya dengan konsep miasma sebelumnya, konsep germ ini juga belum mampu menjawab berbagai kejadian penyakit dan gangguan kesehatan masyarakat. Dari sudut pandang epidemiologi, peranan pejamu dalam proses kejadian penyakit mampu memberikan dorongan yang cukup berarti dalam perkembangan konsep imunitas, sehingga pusat perhatian para ilmuwan lebih diarahkan pada unsur pejamu serta penyebab (agent) termasuk interaksi unsur tersebut dalam proses kejadian penyakit.
Perkembangan selanjutnya mengarah kepada pemahaman proses hubungan sebab akibat terhadap berbagai peristiwa penyakit serta gangguan kesehatan (the evolution of causal model) dengan melalui pendekatan metode epidemiologi. Hal ini lebih mengarahkan para ahli epidemiologi untuk menggunakan model pendekatan sistem, di mana analisis didasarkan pada sekelompok faktor yang saling berkaitan erat dalam suatu bentuk hubungan yang konsisten.
Dalam segala hal setiap sistem sangat berkaitan satu dengan yang lain, sehingga setiap perubahan pada faktor tertentu, kemungkinan besar akan menimbulkan perubahan dalam sistem tersebut. Di samping itu setiap sistem juga memiliki lagi keterkaitan antar sistem yang menuju kepada suatu universe atau generalisasi.
Dari berbagai perkembangan tersebut di atas, maka para ahli epidemiologi mulai mengembangkan apa yang sekarang dikenal dengan metode epidemiologi, yakni suatu sistem pendekatan ilmiah yang diarahkan pada analisis faktor penyebab serta hubungan sebab akibat di samping dikembangkannya epidemiologi sebagai bagian dari ilmu kesehatan masyarakat (the art of epidemiology).