在人体生理学中，血液的运动规律具有重要的地位。因为血液贯穿全身，是联系身体各部分的渠道，所以，对它的正确认识有助于进一步了解人体的其他机能。在盖伦的生理学中，血液运动理论集中体现了他关于人体结构和机能的学说。在他看来，人体的主要器官有三个，即肝脏、心脏和大脑。肝脏将人体所吸收的食物转化为血液并携带着“天然精气”。肝脏所产生的血通过静脉系统流向身体各个部分，再通过同样的静脉系统流回肝脏。血液的这种运动很像是潮水的涨落。心脏的右心室是静脉系统的一部分，流到这里的血液大部分又回到肝脏，但其中有小部分透过心脏的隔膜进入左心室。在左心室里，血液与来自肺部的空气混合生成“生命精气”。这些生命精气通过动脉被传送到身体各部分并被吸引，其中进入大脑的那部分又转化为“动物精气”，通过神经分布到身体各处。盖伦的血液运动理论概括起来就是：肝脏-静脉系统的潮汐运动与动脉系统-人体的单向吸收。这两大运动通过右心室与左心室之间互通的隔膜相联系。
维萨留斯在自己的解剖实验中已经发现盖伦关于左心室与右心室相通的观点是错误的，但他没有猜测到全身的血液是循环的。他在巴黎大学医学院的同学塞尔维特朝发现血液循环的道路上迈出了第一步。迈克尔·塞尔维特1511年生于西班牙纳瓦拉，最初就读于法国图卢兹大学，后进入巴黎大学，并在那里认识了维萨留斯，尔后两人成为至交。据说，他曾私下与维萨留斯一道进行过人体解剖研究。后来，维萨留斯被迫离开了巴黎大学，但塞尔维特继续进行实验研究。这期间，他做出了一生中最重要的科学发现即血液的肺循环：血液并不是通过心脏中的隔膜由右心室直接流入左心室，而是经由肺动脉进入肺静脉，与这里的空气相混合后流入左心室。这一发现通常被称为小循环，是导向全身循环的重要一步。
塞尔维特的这一发现首先发表在1553年秘密出版的《基督教的复兴》一书之中。该书主要是一部宣传唯一神教的神学著作，但塞尔维特使用了他所发现的小循环来批评正统基督教的三位一体学说。唯一神教是当时天主教和新教的共同敌人。《基督教的复兴》一书刚一出版，就触怒了这些人。罗马宗教裁判所将塞尔维特逮捕并判处火刑。在朋友们的帮助下，塞尔维特逃了出来。但没过多久，塞尔维特在日内瓦被新教领袖加尔文抓住。这位狂热的新教徒，当年在巴黎时就是塞尔维特的论敌，这次塞尔维特落入他的魔掌更是凶多吉少。果不其然，加尔文不仅下令将塞尔维特活活烧死，而且在烧死他之前还残酷地烤了两个小时。
为发现血液循环而迈出下一步的是法布里修斯。他是意大利人，在帕多瓦大学学习医学，是法娄皮欧的学生，而后者曾经是维萨留斯的学生，也是输卵管的发现者。法布里修斯1559年在帕多瓦大学获医学博士学位，1565年成了该校的外科教授。在出版于1603年的《论静脉瓣膜》一书中，法布里修斯描述了静脉内壁上的小瓣膜。它的奇异之处在于永远朝着心脏的方向打开，而向相反的方向关闭。法布里修斯虽然发现了这些瓣膜，但没能认识到它们的意义。他的学生哈维创立了血液循环理论，完成了自维萨留斯以来四代师生前赴后继的工作。
威廉·哈维1578年4月1日生于英国肯特郡福克斯通一个富农之家，早年曾就读于剑桥大学，1597年取得剑桥的医学学士学位，之后周游欧洲，来到当时世界上最大的医学院——意大利的帕多瓦大学医学院。帕多瓦大学素以政策开明、学术自由著称，维萨留斯开创的亲自动手做解剖学实验的良好传统，使这所医学院吸引了一大批热情好学的青年。哈维留学期间，伽利略正在帕多瓦任教。这位近代实验科学大师所倡导的实验-数学方法和力学自然观，影响了物理学之外的许多学科领域。哈维亦受益匪浅。他懂得了：“无论是教解剖学还是学解剖学，都应以实验为根据，而不应当以书本为根据。”1602年，哈维获得帕多瓦大学的医学博士学位，同年回伦敦定居，开业行医。由于他医术高明，业务很是红火。据说著名的英国哲学家弗朗西斯·培根也经常找他看病。行医之余，哈维继续从事解剖学研究，特别是对心血管系统进行了细致的解剖学考察。1607年，哈维被选为皇家医学院院士。1615年受聘为解剖学讲师。1616年为学院授课时，哈维公布了他所发现的血液循环理论。
盖伦关于血液运动的观点有三条：其一，静脉系统做双向潮汐运动；其二，动脉系统对血液单向吸收；其三，静脉一部分通过左右心室之间的微孔输入到动脉。由于第三条随着肺循环的发现被抛弃，哈维面对的只有前面两条。法布里修斯发现的静脉瓣膜本来可以否定静脉双向潮汐运动说，但他没有指出这个近在眼前的真理。
哈维首先研究了心脏的结构和功能。他发现，心脏的每半边实际又分为两个腔，上下腔之间有一个瓣膜相隔。瓣膜只允许上腔的血液流到下腔，而不允许倒流。今天我们将上腔称为心房，下腔称为心室。大动脉与左心室相连，静脉与右心房相连，而肺动脉和肺静脉则将右心室和左心房连通，形成小循环。哈维还发现，心脏是一块中空的肌肉，不停地做收缩和扩张运动，收缩时将血液压出去，扩张时将血液吸进来。心脏的结构表明，它只可能吸收来自静脉的血液，也只可能将血液压往动脉。
哈维接着研究静脉与动脉的区别。他发现动脉的壁较厚，具有收缩和扩张的能力，而静脉的壁较薄，里面的瓣膜使得血液只能单向流向心脏。结合心脏的结构，这意味着生物体内的血液总是单向流动的。为了证实这一点，哈维做了一个活体结扎实验。当他用绷带扎紧人手臂上的静脉时，心脏变得又空又小，而当扎紧手臂上的动脉时，心脏明显涨大。这表明静脉确实是心脏血液的来源，而动脉则是心脏向外喷吐血液的通道。体内血液的单向流动实验，证明了盖伦静脉系统双向潮汐运动的观点是错误的。
哈维的另一个定量实验推翻了盖伦的动脉吸收理论。解剖发现，人的左心室容量约为2盎司。以每分钟心脏搏击72次计算，每小时由左心室进入主动脉的血液流量应为8640盎司。这个数字相当于普通人体重量的3倍，人体无论如何也不可能吸收这么多血液。由于体内血液是单向流动的，这些血液是从静脉来的，而肝脏在这样短的时间内也绝不可能造出这么多血液来。唯一的解释就是，体内血液是循环运动的。哈维当时认为，动脉中的血液通过肌肉的微小孔隙流向静脉。这个机制当然只是一种宏观想象，真正的机理等到显微镜发明之后才被认识。
哈维关于血液循环运动的讲演没有在伦敦医学界引起反响，但他并不气馁，而是继续进行他的解剖研究，并于1628年出版了《心血运动论》这部生理学史上划时代的巨著。这部只有72页的小书，系统总结了他所发现的血液循环运动规律及其实验依据，确立了哈维在科学史上的不朽地位，宣告了生命科学新纪元的到来。盖伦学说中形形色色的不可捉摸的“精气”，从此被血液的机械运动所驱除。物理学和化学的概念被引入生物学中，展示了生物学发展的全新方向。
《心血运动论》的出版招致了保守学者和教会的攻击，但哈维不理睬这些无知的嘲讽和谩骂，继续进行他的生物学研究。1651年，他又出版了第二部生物学著作《论动物的生殖》，对小鸡在鸡卵中的发育情况进行了仔细的研究。到了晚年，血液循环的观点逐步被大多数人所接受。就连原本反对声音最强的法国，在笛卡尔的支持和影响下也转变了态度。1654年，皇家医学院选举他为院长，但他谢绝了这一荣誉。1657年6月3日，哈维在伦敦去世。他立下遗嘱将其全部财产捐赠给皇家医学院。
