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1602年，年仅24岁的哈维便因远超考官的厚望而被授予了医学博士学位。回国后，哈维受到了王室的礼遇，于1604年以候补委员的身份加入皇家医学院，并迎娶了英国女王伊丽莎白的御医布朗的女儿。
1607年，29岁的哈维成为皇家医学院的正式成员。又过了两年，经国王和皇家医学院的推荐，哈维成为一名正式医师。身份地位的提高，并没有让哈维忘记自己的使命。哪怕可能面临教会的惩罚，甚至有丢掉生命的风险，哈维依旧选择了对血液循环继续进行研究。他直接在自己的家里设了实验室，开始了废寝忘食的解剖工作。
在哈维的一生中，他解剖了累计数十种动物，包括蠕虫、鱼类、青蛙、蛇、鸡、鸭、鸽、老鼠、羊、狗和猴子在内，从低等到高等、从冷血到温血的各种各样的动物。通过日积月累的解剖研究，他积累了丰富的数据和成果。
他发现，把兔子和蛇解剖开，找出正在跳动的动脉血管，用镊子夹住后，通往心脏的一头很快便会膨胀起来，另一端马上就会瘪下去。这证明，动脉血液是从心脏内往外流的，且具有很高的血压。通过对静脉血管进行相同的操作，证明静脉血液是流向心脏的，且比动脉的血压更低。
实验到了这里，哈维距离血液循环的真相已经越来越近了。经过大量的对比观察，哈维发现动物心脏跳动时，心脏左右两边并不是同时收缩的。心房和心室之间的房室瓣膜也是单向阀，就像静脉瓣一样，只允许血液朝着一个方向单向运动。通过把活心脏握在手中，感受心肌细胞的力量，他也认识到心脏收缩会产生源源不断的压力，就像水泵一样，不断地驱动着血液的流动。
确定了血液是心脏泵出的，哈维随后进行了一场经典的计算。根据心脏的平均容积，假设心脏每次泵出56克的血液，每分钟跳动72次，那么每小时就会有242千克的血液离开心脏并流遍全身。哪怕这个重量的三分之一，也相当于一个身材魁梧的人的重量。如此多的血液，仅靠人体在短时间内产生是根本不可能的。
根据心脏产生的压力，哈维也利用水力学原理进行了计算，得到了相同的结果，从而在数学和物理学理论上，验证了血液循环的存在。
为了证明人和其他动物一样，心脏和血液存在相同的生理机制，哈维开始在人体上进行大量研究。他找了一些血管明显、十分显瘦的年轻人，用绷带绑扎住他们的上臂，然后观察血管血量的变化。他发现当绷带扎住手臂上的大静脉血管时，远离心脏一方的血管就会鼓起来，而靠近心脏一方的血管就会瘪下去。当扎住手臂上的动脉血管时，则会出现完全相反的结果，远离心脏一端的脉搏暂时消失。
这个实验表明了哈维的猜想，人类和动物的心脏的确存在相同的生理基础。
