他通过活体解剖实验和血液计量实验，终于揭开了千百年来没有解开的血液循环之谜。
1609年，在伦敦着名的圣巴素洛未医学院任院长的哈维，面对统治欧洲1000多年的盖仑血液学说不盲从，面对教会火刑的威胁没却步。他说：“解剖学家要以实验为依据，而不能以书本为依据。”
为了弄清血液的奥秘，他进行了活体解剖实验。一次，哈维在实验室里解剖兔子，他从心脏开始，沿着血管的走向，认真地剥离着。
可是一不小心，一根血管被切断，大量的血流出。
他突然发现，流出的血液不是鲜红的，而是紫黑色的！这一发现使他大为惊奇。他顺手切开几根血管，发现有的血管流出的血是鲜红色的，有的则是紫黑色的。为了弄清两种血液的来源，他又朝心脏的方向剥开血管观察。哈维意外地发现，这两种不同血液的血管却与心脏连在一起，他把从心脏出来的血管钳住，发现动脉里没有了血液，静脉里却充满了血。哈维终于弄清了，动脉的血液是从心脏送往全身的，而静脉里的血是流回心脏的。
仍使他困惑的是，这些血管的末端在哪里呢？动脉里的血最后都流到哪儿去了呢？体内不同颜色的血液是不是分别制造出来的呢？
为了弄个水落石出，他又进行了人体解剖实验，并第一次把数学引进生理学研究，对血液进行了计量实验。
他发现，人的心室每收缩一次，就有血液流出一次，一般人每分钟心脏跳动72次，心脏的血容量大约为57克，通过计算，心脏1小时跳动4320次，一小时血流量为246千克，相当于一个人体重的3倍。而一天的血流总量高达6000千克。人体内每天无论如何是不可能制造出这么多血液的。
铁证一般的数字，完全驳倒了盖仑的“血液一去不复返”的谬论。
因此，哈维认为鲜红的血液和紫黑的血液可能是一回事，只是流来流去的区别，唯一正确的解释是：人体内的血液是循环流动的。它们从心脏里流出，经过动脉血管，流向全身，再由静脉血管重新回到心脏。
心脏在血液循环中起着泵一样的作用，紫黑色的血液在通过肺的时候，又变成了鲜红的颜色。这就是哈维创立的着名的“血液循环学说”。
哈维的伟大发现，不仅为我们揭示了血液循环的基本规律，更重要的是开创了近代生理学的活体解剖实验法，把人体生理学和动物生理学确立为科学。