半個世紀之後，已成長為醫生的哈維繼承他們的事業，決心弄清人體血液的奧秘。他認為如能突破對於治病救人必將有新的貢獻。於是，他選擇血液這一專題，進行秘密研究。
哈維係統地分析了前人的研究：公元前3世紀古希臘的醫生，解剖學的創始人赫羅非拉斯，最早把靜脈與動脈區分開；公元前2世紀，蓋侖提出了血液流動的理論；15世紀，著名畫家、醫生達·芬奇，通過解剖，發現了心髒有四個腔的理論，以及維薩裏與塞爾維特研究的成果。前人成果開拓了哈維的視野，然而，他是個多疑的人，並不迷信權威的理論，更難能可貴的是他敢於懷疑權威的理論，他喜歡“打破沙鍋問到底”，他問自己“血液真的流到人體四周就消失了嗎？怎麼會消失的呢？”等等。
他決心去揭開人體血液循環的神秘麵紗。他首先拿動物開刀，他認為動物的血液與人有著相似之處，據他的筆記記載，他一生共解剖過的動物種類多達40多種。他解剖過許多大動物，通過解剖，他終於發現心髒像一個水泵，把血液壓出來，血液便流向全身。
哈維反複用兔子和蛇做實驗，他把它們解剖開後，找出在跳動的動脈血管，然後用鑷子把它們夾住，觀察血管的變化，他發現血管通往心髒的一頭很快膨脹起來，而另一端馬上癟了下去，這說明血是從心髒裏向外流的，由此證明動脈裏的血壓在升高。他又用同樣的方法，找出了大的靜脈血管，用鑷子夾住，結果正好與動脈血管相反，靠近心髒那一段血管癟了下去，而遠離心髒的另一端鼓脹起來，這說明靜脈血管中的血是流向心髒的。
為了讓人們接受他的觀點，證明人的血液循環與動物是一樣的，他還在人身上反複實驗。他請了些比較瘦的人（容易在身上找到血管）。把那些人手臂上的大靜脈血管用繃帶紮緊，結果發現靠近心髒的血管癟下去，而另一端鼓起來。他又紮住動脈血管，發現遠離心髒那端的動脈不再跳動，而另一端，很快鼓起來。證明人的血液循環完全與動物的血液循環是一樣的。他在書上告誡人們：“無論是教解剖學或學解剖學，都應當以實驗為依據。”
哈維在醫學史上取得巨大成功，但他的理論因為有悖於權威理論。所以，書出版後，就遭到學術界、醫學界、宗教界權威人士的攻擊，說他的著作是一派胡言，是荒謬不可信的。幸好，哈維當時是英國國王查理一世的禦醫，受到國王的寵幸，才使他沒有像前輩維薩裏、塞爾維特那樣付出生命的代價。
直到哈維逝世以後的第四年，伽利略發明的望遠鏡被意大利馬爾比基教授改製為用於醫學上的顯微鏡，觀察到毛細血管的存在，才真正證實了哈維理論的正確性。哈維的血液循環理論被確認，標誌著當時科技在醫學領域中的顯著成就。
哈維的貢獻是劃時代的，他的工作標誌著新生命科學的開始，屬於發端於16世紀的科學革命的一個重要組成部分。哈維因為他出色的心血係統研究（以及他的動物生殖的研究），使得他成為與哥白尼、伽利略、牛頓等齊名的科學革命巨匠。他的《心血運動論》一書也像《天體運行論》、《關於托勒密和哥白尼兩大體係的對話》、《自然哲學之數學原理》等著作一樣，成為科學革命時期以及整個科學史上極為重要的文獻。
當然，這些多疑性格的人之所以能夠取得這樣輝煌的成就，並不是偶然的。首先，當時社會生產正在逐步發展，需要有一定的科學成就來配合前進，因而就推動了科學的進步。其次，在千百年的長時期中，已積累了不少科學成果，他們就在前人創造的基礎上做出了他的成績。至於他們個人的認真學習，刻苦鑽研，不迷信前人，不畏懼守舊勢力，不怕鬥爭，不避艱難，自然也都是取得傑出成就的重要原因。
人類文明史上傑出的科學家，都是多疑的，而且他們的科研成果在世界科學發展史上也有崇高的地位。多疑的性格使得他們選擇了孜孜不倦的探索，最終留下了令後人珍視的命運。