“心脏推动着血液在全身循环”，在今天看来是非常简单的真理，数百年前却令人迷惘困惑，对血液循环的研究成为生理学的开端，也翻开了医学史上崭新的一页。
古罗马的大医学家盖仑在解剖尸体时发现，血液几乎全部在静脉，而动脉是空的。这实际上是因为人死的时候交感神经兴奋，动脉血管收缩。盖仑就以为动脉是运输空气的，静脉才运输血液，血液从心脏流到静脉，再从静脉运行到全身。他还认为，血液是肝脏源源不断地产生的，流经心脏的时候变成了“精气”，流经脑的时候变成了“灵气”。这些错误的理论统治医学界一千多年。
16世纪，欧洲文艺复兴促进了科学的发展。比利时医生维萨里和西班牙医生塞尔维特都对盖仑的理论提出了质疑，但正式揭开血液循环奥秘的是英国医生、伦敦内科科学院院士威廉·哈维。哈维在1628年出版了一本仅有72页的小册子《关于动物心脏与血液运动的解剖学研究》。这本书用无可辩驳的实验依据、严密的逻辑推理推翻了盖仑的学说，提出了血液循环的理论，被誉为“生理学的开山之作”，与《天体运行论》《关于托勒密和哥白尼两大体系的对话》《自然哲学之数学原理》等著作一样，成为科学革命时期，以及整个科学史上极为重要的文献。
哈维的老师是发现静脉瓣的法布里修，他的密友是杰出的自然科学家和哲学家培根，后者关于实验在科学上的作用的观点给了他很大的启发。哈维通过定量分析的方法指出盖仑的学说有很大的漏洞：人的心脏两个心室的血量约为两盎司（1盎司=28.35克），每分钟约跳动72次，一小时心跳4320次、排出血液8640盎司，约3倍于人体体重。如果血液不是在人体中循环流动，这么多的血液从哪里来，又到哪里去呢？
哈维设计了一系列实验来观察血液的流动。他把一条活蛇的腔静脉结扎，跳动着的心脏中的血液很快就排空，而如果结扎的是主动脉，心脏中不久就会充满血液。这说明血液从静脉中流向心脏，从动脉中流出心脏。他还把被试者的手臂绑紧，如果绑得很紧使动脉中的血流阻断，结扎处下方（远心端）的肢体会苍白无血，而结扎处上方（近心端）的动脉会充溢着血液。如果绑得不太紧而只阻断静脉，结扎处下方的肢体还是能够触及脉搏（动脉中有血），结扎处下方静脉中的血液更加充溢，表明血液是从动脉流向外周再进入静脉流向心脏。
哈维在1616年的伦敦皇家学会中提出了血液循环的观点，其后又用了12年时间在数十种动物上进行实验，并在1628年出版了划时代的《心血运动论》。他的结论可以归结为：血液是循环着的；动脉在四肢及身体的远隔部位移行为静脉；动脉是心脏输出血液的血管，静脉是运输血液回心的血管；心脏的跳动是血液循环的唯一动力。
用现在的观点来看，哈维的血液循环学说不是完美无缺的。比如，当时没有显微镜，看不见毛细血管，并不清楚动脉与静脉之间是如何联系的；他未能发现血管的收缩性，把它们看作机械的管道；他也忽视了呼吸、运动等因素对于血液循环的推动，把血液循环的动力全都归功于心脏的泵血功能。但是在当时的条件下能够获得心血运动的真知实属不易，无论给予多高的评价都不过分。哈维对血液循环的发现使生理学正式成为一门科学。生理学阐释人体及动物各器官各系统的功能及机制，在此基础上科学家又逐渐建立了病理生理、病理解剖等学科。这些学科对人或动物机体的研究以实验为手段，是近代医学的基础所在。
