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几年后，哈维又进入意大利著名的帕多瓦大学继续深造，并有幸师从著名解剖学家法布里修斯。
在帕多瓦大学期间，哈维刻苦钻研，跟随法布里修斯进行了大量解剖实践，掌握了当时最为先进的解剖学知识，被同学誉为“小解剖家”。但随着新知识获取得越来越多，哈维发现了盖伦学说与解剖学知识之间有诸多矛盾的地方，这不禁让他对盖伦的经典学说产生了深深的质疑。
其实在哈维之前，已有不少人质疑过盖伦学说。其中最著名的，莫过于近代人体解剖学之父维萨里和西班牙医学家塞尔维特，他们二人在巴黎大学一起做过解剖实验。
1540年前后，维萨里通过对动物进行大量解剖，发现盖伦学说的诸多错误之处，并证实左右心室中隔并不存在小孔连接。这一研究成果被他写在医学巨著《人体结构》中，但他也因此触怒教会，遭到宗教裁判所的迫害，被判死罪。虽然后来他被改判前往耶路撒冷朝圣赎罪，但最终仍在返程途中遇险身亡。
塞尔维特则通过大量解剖，发现了肺循环的存在，并记录在他秘密出版的《基督教的复兴》之中。这本书被天主教徒和基督教徒视为异端邪说，他则被当作异教徒，于1553年在日内瓦被活活烧死。同时被烧毁的，还有他的所有著作。前人的牺牲，并没有让哈维放弃真理。相反，他们的精神激励着他，他们的研究成果更鼓励着他。
哈维求学期间，现代物理学之父伽利略也在帕多瓦大学任教，哈维常去听伽利略所讲授的力学课程。这位科学巨人的科学理念与实证精神，也对哈维产生了极深的影响。哈维率先把人体当成一个机械体看待，并通过大量解剖实践，对心中的猜想一一进行证实。
修读博士课程期间，哈维跟着老师法布里修斯研究静脉瓣。1603年，法布里修斯公开发表《论静脉瓣膜》，对他发现的静脉瓣这样描述：静脉内壁上的小瓣膜，它的奇异之处在于，永远朝心脏的方向打开，向相反的方向关闭。
很明显，静脉瓣膜拥有阻止血液回流的作用，与盖伦学说的潮汐涨落是互相矛盾的。法布里修斯并没有注意到这一点，但观察细腻的哈维却有所留意，这为他未来的实验提供了实践基础。