公元14～15世纪，文艺复兴在意大利起源。开始是对古典文献和古典思想的再发现，继而冲破宗教与神学的思想束缚，使许多学者抛弃了对权威的盲从，树立起独立思考和批判的精神。
一、达芬奇解剖尸体
意大利文艺复兴时期的著名画家达芬奇摆脱了神学偏见，从事观察和实验，开展了多方面的研究。起初，他出于艺术需要，研究了光学定律、眼睛构造、人体解剖的细节以及鸟雀的飞翔。他不顾当时的传统，亲自解剖尸体，绘制了精确的解剖图，提出人体运动是骨骼和肌肉的作用。他以牛心为材料，指出心脏分左右心房和左右心室，并正确记述了房室间有尖瓣，心室与动脉间有半月瓣。他抛弃了加伦关于血管起始于肝脏的见解，认为一切血管均起始于心脏。他比较了动物与人体的结构，指出同源现象，对进化思想也有一定贡献。
二、维萨里推翻旧论
比利时解剖学家维萨里通过解剖大量人的尸体，发现加伦基于猴体解剖的人体解剖描述有不少的错误。1543年，他的解剖学巨著《人体构造》出版，震惊了整个科学界和宗教界。1555年，他在该书的再版本中更明确指出心脏的膈膜和心脏其他部分一样，都是厚实致密的，血液不可能从右心室通过隔膜流入左心室。与此同时，西班牙的宗教改革者和医生塞尔韦图斯于1553年出版了《基督教的复兴》一书，在讨论神圣精神的同时也谈及人体构造与功能。
他摒弃了加伦有关血液运行的观点，提出了肺循环的推测。以后，维萨里的助手与继承者哥伦布用观察和实验方法证明了肺循环的存在。
三、哈维建立血液循环学说
文艺复兴时期生物学上最重要的成就是英国医生、生理学家哈维建立的血液循环学说。哈维根据他对几十种动物所做的实验与观察，首次认识到血液并非在静脉内涨落，而是从心脏通过动脉流向各种组织，再经静脉流回心脏的一种闭路循环。1628年，他出版《动物心血运动的研究》一书，阐明血液在体内不断循环的新概念，指出心脏是主动收缩、被动舒张的；血液从心脏经动脉流向全身，是由生物学家邹承鲁于心脏收缩的机械力而不是缓慢的渗透过程。哈维首先把物理学的概念和数学方法引入生物学中，并坚持用观察和实验代替主观的推测，使他被公认为近代实验生物学的创始人。