2世紀到16世紀之間，歐洲醫學界對心臟和血管之間聯系的認識是基於羅馬醫生蓋倫創立的血液運動理論。
16世紀比利時解剖學家維薩裏在自己的解剖實驗中發現，蓋倫關於左心室與右心室相連的觀點是錯誤的。維薩裏因敢於挑戰醫學聖經而遭到教會的殘酷迫害。
西班牙醫生塞爾維特通過實驗研究發現，血液從右心室經肺動脈進入肺部，再經肺靜脈回到左心室，這壹發現被稱為肺循環。塞爾維特差壹點就發現了血液循環，但他還沒來得及繼續研究，就被教會判處活活燒死，因為他違反了當時被教會奉為權威的蓋倫學說。幸運的是，塞爾維特關於血液循環的觀點被英國醫學家哈維繼承並發展。
哈維從事解剖學研究多年，他曾對40多種動物進行過活體心臟解剖、結紮、灌註等實驗，還進行過大量的人體屍體解剖。他從觀察和實驗記錄中積累了大量材料，開始懷疑蓋倫的血液運動理論。
經過對心臟結構和功能的深入研究，哈維發現心臟分為左右兩個腔室，上下腔室之間有瓣膜相隔，瓣膜只允許上腔室的血液流入下腔室，不允許血液倒流。哈維接著研究了靜脈和動脈的區別，發現動脈的管壁較厚，可以收縮和擴張，而靜脈的管壁較薄，有瓣膜，血液只能單向流向心臟。結合心臟的結構，這意味著生物體內的血液是單向流動的。
為了證實這壹點，哈維做了壹個體內結紮實驗。當他用繃帶勒緊人手臂上的靜脈時，心臟變得又空又小；當他勒緊手臂上的動脈時，心臟明顯膨脹。這表明，靜脈中的血液確實是心臟的血液來源，而動脈則是心臟向外供血的通道。血液在體內單向流動的實驗證明，蓋倫關於靜脈系統雙向潮汐運動的學說是錯誤的。
哈維的另壹個定量實驗更加推翻了蓋倫的理論。他在解剖心臟時計算出，以每分鐘72次心跳計算，每小時從左心室流入主動脈的血液相當於壹個普通人體重的四倍。攝入體內的食物不可能立即提供如此大量的血液，肝臟也不可能在如此短的時間內產生如此多的血液。唯壹的解釋就是血液在體內循環。
1628年，哈維發表了《動物心臟和血液運動的解剖學研究》，他在書中系統地總結了血液循環和運動的規律，以及他發現血液循環運動的實驗依據，他認為靜脈血流向右心室、然後進入肺部，在肺部變成鮮紅色的血液流回左心室，從左心室進入動脈血管流向全身，然後流入靜脈，再回到右心室，完成壹個循環過程。