1616年，英国医学家哈维公布了自己所发现的血液循环理论，即人体内的血液是循环的，它分为体循环和肺循环两部分。血液从左心室进入动脉，流到全身各处后，再汇集到静脉，然后流回右心房，这叫体循环；血液由右心室进入动脉，流经肺部，然后由静脉流回左心房，这叫肺循环。这个发现，奠定了近代医学的基础。
对血液的最早论述是由亚里士多德提出的，他十分错误地以为人体内（血管内）充满着空气。这种错误的说法延续了几百年，直到公元2世纪才被古罗马的名医盖仑否定。盖仑设想，人体内有一个由肝脏、心脏和大脑组成的循环系统。在肝脏中，人体所吸收的食物转化为血液，这些血液携带着“自然灵气”，通过静脉流向身体各个部位，再通过同样的静脉流回肝脏。在这里，血液的运动恰如潮水的涨落，来来回回，永不停息。当血液流到心脏后，大部分流了回去，一少部分从右心室透过隔膜上的小孔进入左心室。在左心室里，这些血液与来自肺部的空气混合，形成“生命灵气”，再由动脉传送到身体各部位并被吸收。其中，进入大脑的那部分血液与“动物灵气”融合，然后流动到身体各处的肌肉和感官中。
盖仑是医学界的权威，他的血液理论自然是不容置疑的真理。因此，后来关于血液流动的探索停止了1000年。
16世纪中叶，比利时学者维萨里在解剖动物时发现，心脏的中隔很厚，没有可见的孔道，盖仑关于左心室与右心室之间有小孔相通的观点是错误的。但他没有猜测到人体内的血液是循环的。他的理论激怒了教会，因为教会利用盖仑的医学为他们的教义服务，对他的错误赋予巨大的权威。只要谁违反了盖仑主义，就会被指控为异教徒而遭到迫害。1563年，维萨里被宗教法庭拘禁、审讯，作为异教徒被判了死刑，但被菲利普二世赦免。1564年，他在从耶路撒冷回来的途中，在希腊的扎金索斯岛去世。
维萨里死后，他在巴黎大学读书时结交的好友塞维塔斯继续进行科学试验，包括当时被禁止的人体解剖。1553年，塞维塔斯出版了《基督教的复兴》一书。在这部宗教专著中，他用6页的篇幅阐述了自己发现的肺循环：血液从右心室通过肺动脉流入肺部，同吸入的新鲜空气相结合，再经肺静脉流入左心房，完成一次循环过程。这个循环，又称小循环。
塞维塔斯的肺循环理论是生理学发展史上的一次革命，同时也是对宗教神学的一次冲击，因此冒犯了教会。尽管《基督教的复兴》是秘密出版的，但最终还是被教会查了出来，塞维塔斯被判处火刑。塞维塔斯逃到日内瓦，不久，又被抓住。1553年10月27日，年仅42岁的塞维塔斯在日内瓦被教徒们烧死，死前还被活活地烧烤了两个钟头。
塞维塔斯的死，并没有吓退献身科学和真理的人们。1603年，意大利外科教授法布里修斯公开出版了著作《论静脉瓣膜》。在这本书中，他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。遗憾的是法布里修斯没有认识到这些瓣膜的意义。
在前人科学探索的基础上，哈维最终创立了血液循环理论。在解剖一些大动物时，哈维仔细观察了心脏的内部结构。他发现，这些心脏犹如一个水泵，当它收缩的时候，血液就被压出去。那么，血液从心脏里泵出来后，流到哪里去了呢？
哈维用蛇做实验。他把活蛇杀死，剖开，用镊子夹住大动脉，观察后发现：镊子以下的动脉很快就瘪了；镊子与心脏之间的动脉和心脏，膨胀开来，越来越鼓，颜色变深。而松开镊子以后，心脏及动脉很快又恢复了正常。后来，哈维又做了一个类似的实验，他用镊子夹住大静脉，切断心脏与镊子以下的静脉通路。这时，他看到：镊子和心脏之间的静脉，马上就瘪了；同时，心脏变小，颜色变浅。松开镊子，在瘪下去的一段静脉中，马上就有血液流过，心脏的大小和颜色也恢复如初。
人体内的血液是否这样？哈维请来一名身体削瘦、臂上大静脉清晰可见的人。他用绷带扎紧这人的上臂。过一会儿，摸摸绷带以下的动脉，无论在肘窝还是在手腕，都不跳动了，而绷带以上的动脉，却跳得十分厉害；绷带以上的静脉瘪下去了，而绷带以下的静脉，却鼓胀了起来。这表明心脏中的血液来自静脉，而动脉则是心脏向外泵吐血液的通道。
哈维做解剖实验时发现，心脏分为左右两部分，每一部分又分为上下两个腔，这就是我们现在说的左心房、左心室、右心房、右心室。他算过这样一笔账：人的左心室容量为2盎司（1盎司=28.35克），以心脏每分钟搏动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（约等于244.9千克），这个数字相当于普通人体重量的3倍多。而肝脏在这么短的时间内也决不可能制造出如此之多的血液来。惟一正确的解释是：体内血液是循环流动的。
1616年，哈维在演讲中宣布了他的血液循环理论。他说，在心脏收缩时，心脏里的血液流到动脉里；而静脉里的血液，又流回了心脏。总之，血液在体内是循环流动的。但哈维并未说明动脉、静脉末端的相互联系问题。
哈维的演讲当时没有引起多大反响。他深入研究，总结整理，撰成一部划时代的专著《心血运动论》。这部只有72页的著作于1628年出版后，立即遭到教会和一些保守学者的攻击。有人甚至评价说：这本书是“虚妄的、荒谬的、有害的”！幸好，哈维当时是英国国王查理一世的御医，受到国王的宠幸，这才使他没有像前辈维萨里、塞维塔斯那样付出生命的代价。
1661年，即哈维逝世后的第四年，意大利科学家马尔比基在显微镜下观察到毛细血管的存在。正是这些肉眼看不见的微小血管，把动脉和静脉连接起来形成一个“可循环的管道”。这进一步证实了哈维的血液循环理论的正确性。
哈维的贡献是划时代的，他的工作标志着新的生命科学的开始，属于发端于16世纪的科学革命的一个重要组成部分。他的《心血运动论》一书也像《天体运行论》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。
哈维创立的血液循环理论，彻底推翻了盖仑的“血液潮汐论”，宣告了生命科学新纪元的到来。恩格斯高度评价了哈维的科学成就。他指出：“哈维由于发现血液循环而把生理学确立为科学。”