血液循环的规律，是随着医学的发展、经历了漫长的岁月，经过许多科学家的努力，最终才得到阐明的。
2－16世纪间，欧洲医学界对心脏与血管联系的认识一直尊崇的是古罗马医生盖仑创立的血液运动理论。
16世纪比利时解剖学家维萨里在自己的解剖实验中发现盖仑关于左心室与右心室相通的观点是错误的。维萨里因大胆挑战医学圣经而惨遭教会迫害。
西班牙医生塞尔维特经过实验研究发现血液从右心室经肺动脉进入肺，再由肺静脉返回左心室，这一发现称为肺循环。塞尔维特已接近发现血液循环，但还没等他把研究继续下去，他就因触犯当时被教会奉为权威的盖仑学说而被教会判处火刑，活活烧死。所幸的是，塞尔维特关于血液循环的观点却被英国医学家哈维继承和发展了。
哈维从事解剖学研究多年，他曾对40余种动物进行了活体心脏解剖、结扎、灌注等实验，同时还做了大量的人体尸体解剖。他积累了很多观察和实验记录的材料，并开始怀疑盖仑的血液运动理论。
在深入研究了心脏的结构和功能后，哈维发现心脏左右两边各分为两个腔，上下腔之间有一个瓣膜相隔，它只允许上腔的血液流到下腔，而不允许倒流。哈维接着研究静脉与动脉的区别，他发现动脉壁较厚，有收缩和扩张功能；而静脉壁较薄，里面的瓣膜使血液只能单向流向心脏。结合心脏结构，这意味着生物体内的血液是单向流动的。
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，心脏明显胀大。这表明静脉里的血确实是心脏血液的来源，而动脉则是心脏向外供血的通道。体内血液的单向流动实验，证明了盖仑学说的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更否定了盖仑的理论。他进行心脏解剖时，以每分钟心脏搏动72次计算，每小时由左心室注入主动脉的血液流量相当于普通人体重的4倍。这么大量的血不可能马上由摄入体内的食物供给，肝脏在这么短的时间内也不可能造出这么多血液来。惟一的解释就是体内血液是循环流动的。
1628年，哈维发表了《动物心血运动的解剖研究》，在书中系统地总结了他所发现的血液循环运动的规律及其实验依据，他认为静脉血液流到右心室，然后进入肺里，在肺里变成鲜红的血液后流回左心室，从左心室进入动脉血管流遍全身，再流到静脉后回到右心室，完成一个循环过程。