哈維用蛇做實驗。他殺了活蛇，剖開，用鑷子夾住主動脈。經過觀察，他發現鑷子下面的動脈很快就塌陷了；鑷子和心臟之間的動脈和心臟擴張，越來越鼓，顏色越來越深。松開鑷子後，心臟和動脈很快恢復正常。後來，哈維做了壹個類似的實驗。他用鑷子夾住大靜脈，切斷心臟和鑷子之間的靜脈通路。這時，他看到鑷子與心臟之間的靜脈立即放氣；同時心臟變小，顏色變淺。松開鑷子，在放氣的靜脈中，血液會立即流動，心臟的大小和顏色會恢復原樣。
人體內的血液是這樣的嗎？哈維邀請了壹個瘦瘦的男人，他的手臂上有壹條清晰可見的大靜脈。他用繃帶綁住了那個人的上臂。過了壹會兒，摸摸繃帶下面的動脈，無論肘窩還是手腕，都不跳動，但是繃帶上面的動脈跳得很厲害；繃帶上方的靜脈是放氣的，而繃帶下方的靜脈是充氣的。這說明心臟的血液來自靜脈，動脈是心臟將血液泵出的通道。
哈維發現心臟分為左右兩部分，每部分又分為上下腔。這就是我們現在所說的左心房，左心室，右心房，右心室。他計算出，人的左心室容積為2盎司(1盎司=28.35克)，每小時從左心室流入主動脈的血流量應為8640盎司(約244.9公斤)，相當於普通人體重量的3倍多。而且肝臟絕對不可能在這麽短的時間內產生這麽多的血液。唯壹正確的解釋是體內血液在循環。
1616年，哈維在演講中公布了他的血液循環理論。他說，心臟收縮時，心臟裏的血液流入動脈；靜脈中的血液流回心臟。總之，血液在體內循環。但是哈維沒有解釋動脈和靜脈末端之間的相互聯系。
哈維的演講當時並沒有引起多大反響。他深入研究，歸納整理，寫出了劃時代的專著《心血運動論》。這本72頁的書在1628出版後，立即遭到了教會和壹些保守學者的抨擊。甚至有人評價這本書“虛幻、荒誕、有害”！幸運的是，哈維是當時英國國王查理壹世的禦醫，受到國王的寵愛，這使得他沒有像他的前任維薩裏和維塔斯那樣付出生命的代價。
1661，哈維去世後的第四年，意大利科學家馬爾比吉在顯微鏡下觀察到毛細血管的存在。正是這些肉眼看不見的微小血管，將動脈和靜脈連接起來，形成了壹條“可循環管道”。這進壹步證實了哈維血液循環理論的正確性。
哈維的貢獻是劃時代的，他的工作標誌著壹個新的生命科學的開始，這是起源於16世紀的科學革命的重要組成部分。他的著作《心血運動論》和《天體運行論》等著作壹樣，成為科學革命時期和整個科學史上極其重要的文獻。
哈維的血液循環理論徹底推翻了蓋倫的“血潮理論”，宣告了生命科學新時代的到來。恩格斯高度評價了哈維的科學成就。他指出:“哈維因為發現了血液循環，才把生理學確立為壹門科學。”