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《心血运动论》是哈维最重要的著作，又名《动物心血运动解剖论》。后人也因这部作品将哈维视为血液循环理论的始倡者，它的主要内容共分17章，在正文之前有一篇导言，这篇导言的篇幅比起之后的各章内文都长。在导言中，哈维等于对当时的心脏血液理论做了研究回顾，声明《心血运动论》并不是凭空捏造或是纯粹想像创造出来的新理论，他从当时所公认的心脏和血液运行理论出发，提出理论中存在着矛盾与不确定，强调理清理论真相的重要性，并说明了他的研究方法，他的主要方法就是研究有心脏的动物，并进行活体解剖和观察来“发现真理”，而不是仅通过其他人的著述来了解心脏的作用。
在对当代理论做过批判与回顾之后，《心血运动论》正式进入了论述的部分，哈维对于心脏的运动与血液在人体中的循环，都提出清晰而连贯的说明。哈维用大量实验材料论证了血液的循环运动。他特别强调了心脏在血液循环中的重要作用，通过对猪、狗、牛、蛇、蟾蜍、蛙等不同动物的解剖观察，他证明心脏的收缩和舒张是血液循环的原动力。哈维认为，人的身体常有血液流通不已，这种运动的本原与中心便是心脏。在心脏收缩时，驱血到动脉中去，由此又通过“静脉”再回到心脏。这就是血液循环的完全意义。但是这种循环是双层的：一种循环是由心脏的右边，经过肺部再到左边（称为“小循环”）；另一种循环是由心脏的左边，经过身体的其余部分，再到心脏的右边（称为“大循环”）。他把心脏比作水泵，并认为心脏在人体中的地位，就像宇宙中的太阳，而太阳是宇宙的心脏，驳斥了当时流行的盖伦的脉搏呼吸同一功能论，肯定了盖伦的活体血管有血无气和动脉输热不生热的正确观点，并对其“元气说”进行了驳斥。他认为“动、静脉都只能有血无气，哪里来的元气，即使有元气也是与它分不开的；元气就是血液本身而非其他”。哈维的结论，在医学界引起了极大的惊骇，大部分医学界人士嫉妒他的新发现，而不屑于附和这种时髦学说。
哈维在《心血运动论》中还列举了大量实验事实：如用钳子夹住蛇的腔静脉，看到钳夹处静脉近心端膨大；结扎手臂观察皮下静脉，可见到静脉瓣隆起，并证明血液如何由手臂的静脉回心和静脉是从外周部分到中枢部输血的惟一通路。并借手臂静脉管壁充盈度的观察，证明静脉瓣是保证静脉血液流回心脏的重要结构。书中还用定量推理方法提出血液是循环流动的，他指出：“血液借助心室搏动而流经肺、心，并压送到全身”，“大量血液沿动脉中心向外围流动，而静脉则由外围向中心流动，血量比食物所能供给者为多，同时也比身体中所需要的为多，因此必须断定血液在川流不息地运动中”。在书的第六七章，他论述了当时难以解释的肺循环，并预见“在动、静脉之间必有供渗过的小孔”，实指后世所称的微循环。
《心血运动论》不仅为现代生理学与现代医学的建立奠定了基础，同时还指出了从事自然科学的有效方法和步骤。如：对现象要小心准确地观察与描述、尝试着解释这些现象是如何产生的、对现象的说明要做对照实验、结论要基于实验的结果等。直到哈维1657年逝世以后的第四年，伽利略发明的望远镜被意大利马尔比基教授改制为显微镜用于医学上，观察到毛细血管的存在，才真正证实了哈维理论的正确性。哈维血液循环理论的被确认，标志着当时的科技在医学领域中的显著成就。
哈维因为他的出色的心血系统的研究以及他的动物生殖的研究，使得他成为与哥白尼、伽利略、牛顿等人齐名的科学革命巨匠。他的《心血运动论》一书也像《天体运行论》、《关于托勒密和哥白尼两大体系的对话》、《自然哲学之数学原理》等著作一样，成为科学革命时期以及整个科学史上极为重要的文献。