В 15-летнем возрасте Уильям поступил в Кембриджский университет, где начал свое медицинское образование. Кембриджский университет, основанный еще в XIII веке, состоял из ряда колледжей, также как и Оксфордский. 31 мая 1593 года Гарвей был принят на учебу в Говилл-Кайюс-колледж. Обучение медицине здесь было распланировано на шесть лет. Образование в колледже он не закончил, причиной стала его болезнь. Завершить образование Уильям решил за границей. Лучше всего для этой цели подходили Падуанский университет, возникший в начале XIII столетия. Преподавание медицины началось в нем в 1250 году, а в XIV столетии медицинский факультет был уже хорошо организован. На протяжении трех столетий этот университет считался одним из лучших, если не самым лучшим в Европе. Туда и отправился Гарвей в конце 1599-начале 1600 года.
В Падуе Гарвей слушал лекции Иеронима Фабриция (1537–1619) из Авапенденте, ученика Габриеля Фаллопия, заведовавшего кафедрой анатомии после своего учителя, и Галилео Галилея. Сорок пять лет, как знаменитый анатом Фабриций читал лекции в новом анатомическом театре, построенном для него по приказанию Венецианского сената. Фабриций на протяжении двадцати пяти лет изучал клапаны вен в разных частях тела. Детально изучив строение органов человеческого тела, он не занялся их функцией, не успел этого сделать. Под угрозой преследования инквизиторов ему пришлось в расцвете сил и таланта отказаться навсегда от научных исследований. С первых дней занятий Гарвей сделался самым прилежным учеником Фабриция. Не пропускал ни одной его лекции, а на лекциях ловил каждое слово. Вся атмосфера Падуи возбуждала интерес к анатомии. Всего полвека назад здесь жил и создал свой всемирно известный труд великий Везалий.
Весной 1602 года Гарвей блестяще провел докторский диспут. По всем вопросам, заданным на диспуте, он проявил отличные познания. После диспута состоялось голосование. Все профессора единодушно проголосовали за присуждение Гарвею степени доктора медицины. В самом начале 1603 года Гарвей вернулся в Англию. Первой его заботой было получить степень доктора медицины на родине, от английского университета. Получив второй докторский диплом в Кембриджском университете, он решил заняться врачебной практикой в Лондоне. Но для этого нужна была лицензия, которую выдавали только после сдачи экзаменов. Экзамен был назначен на 4 мая 1603 года. На все вопросы Гарвей блестяще ответил и получил лицензию, дававшую право практиковать в Лондоне и других городах Англии. Но этого его неуемной натуре было мало, он стремится войти в Коллегию постоянным ее членом. 7 августа 1604 года, после сдачи трёх устных экзаменов и четвертого перед всем составом Коллегии, он был избран кандидатом в члены Королевской коллегии врачей. Избрание же его членом Коллегии врачей произошло 5 июня 1607 года. Впоследствии он в Коллегии занял кафедру анатомии и хирургии и проработал на ней вплоть до своей смерти.
В свои 26 лет Уильям достиг поставленной на первое время цели. Теперь Уильяму можно было подумать и о женитьбе. Его невеста — скромная, серьезная девушка Елизабет Браун. Ее отец доктор Ланселот Браун был врачом королевы Елизаветы, а после ее смерти — Иакова I. Браун ходатайствует за зятя в получении им места врача в Тауэре. Несмотря на авторитетную поддержку, в назначении в Тауэр Гарвею было отказано. С февраля 1609 года Гарвей занимал пост младшего, а затем и главного врача в Лондонской больнице Св. Варфоломея. Свыше тридцати лет проработал Гарвей в этой больнице. Ее основали в 1123 году при Генрихе I. Ранее она находилась в ведении католического ордена августинцев. При Генрихе VIII, когда он порвал с Ватиканом и ликвидировал в Англии все католические ордена и монастыри, она была изъята из подчинения церкви.
У Гарвея было много частных пациентов, в лечении которых он применял свои особые приемы. В отличие от большинства врачей того времени он не любил сложных многоэтажных рецептов, лекарств, состоящих из десятка и более компонентов. Хотя именно такие рецепты в глазах публики имели особую цену. Практические врачи покупали у аптекарей рецепты своих знаменитых коллег. Гарвей, подобно Гиппократу, основные надежды возлагал на силы природы, стремился создать гигиенические условия для больного, обеспечить правильное питание, назначал ванны. Рецепты его были просты и содержали только основные действующие средства. В наше время такой подход признан правильным. Но тогда коллеги критиковали Гарвея за нарушение принципов лечения. Не одобряли, что, надеясь на силы природы, он часто держался выжидательной тактики, экспектации. Таких врачей называли «выжидательными докторами». Среди пациентов Гарвея был знаменитый философ Фрэнсис Бэкон, человек по характеру раздражительный, меланхоличный и истеричный. Он не без оснований упрекал врачей своего времени в склонности к схоластическим рассуждениям и в пренебрежении к изучению и обобщению наблюдений из своей практики. Бэкон рекомендовал врачам заняться составлением собрания медицинских наблюдений, описаний историй болезней, их обсуждением и классификацией. Ему принадлежит афоризм «Всё медицинское искусство состоит в наблюдениях». Бэкон умер от воспаления легких. Он простудился, когда, набивая снегом резервуары, изучал действие холода как средства для консервирования мяса.
Уильяма Гарвея в феврале 1618 года приглашает своим лейб-медиком Иаков I, затем Карл I, с которым он переезжает на непродолжительное время в Оксфорд. По возвращении в Лондон Гарвей удаляется от общественной жизни, чтобы целиком отдаться своим изысканиям. Результатом явилось описание большого и малого кругов кровообращения.
Уильям Гарвей пришел к выводу, что укус змеи только потому опасен, что яд по вене распространяется из места укуса по всему телу. Для английских врачей эта догадка стала исходной точкой для размышлений, которые привели к разработке внутривенных инъекций. Можно, рассуждали врачи, впрыснуть в вену то или иное лекарство и тем самым ввести его в весь организм. Но следующий шаг в этом направлении сделали немецкие врачи, применив на человеке новую хирургическую клизму (так тогда называли внутривенное впрыскивание). Первый опыт впрыскивания произвел на себе один из виднейших хирургов второй половины XVII века Матеус Готфрид Пурман из Силезии. Чешский ученый Правац предложил шприц для инъекций. До этого шприцы были примитивные, сделанные из свиных пузырей, в них были вделаны деревянные или медные носики. Первая инъекция была произведена в 1853 году английскими врачами.
После приезда из Падуи одновременно с практической врачебной деятельностью Гарвей проводил систематические экспериментальные исследования строения и работы сердца и движения крови у животных. Свои мысли он впервые изложил в очередной люмлеевской лекции, прочитанной им в Лондоне 16 апреля 1618 года, когда он уже располагал большим материалом наблюдений и опытов. Свои взгляды Гарвей коротко сформулировал словами, что кровь движется по кругу. Точнее — по двум кругам: малому — через легкие и большому — через все тело. Его теория была непонятна слушателям, настолько она была революционна, непривычна и чужда традиционным представлениям. Его «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» появилась на свет в 1628 году, издание было опубликовано во Франкфурте-на-Майне. В этом исследовании Гарвей опроверг господствовавшее 1500 лет учение Галена о движении крови в организме и сформулировал новые представления о кровообращении.
Клавдий Гален и все его последователи считали, что основная масса крови содержится в венах и сообщается через желудочки сердца, а также через отверстия («анастомозы») в сосудах, проходящих рядом. Несмотря на то что все попытки анатомов найти отверстия в перегородке сердца, указанные Галеном, были тщетны, авторитет Галена был настолько велик, что его утверждение обычно не подвергалось сомнению. Арабский врач Ибн аль-Нафиз (1210–1288) из Дамаска, испанский врач М.Сервет, А. Везалий, Р. Коломбо и другие только частично исправляли недостатки схемы Галена. Истинное значение легочного кровообращения до Гарвея оставалось неясным.
Большое значение для исследования Гарвея имело подробное описание венозных клапанов, направляющих движение крови к сердцу, данное впервые его учителем Фабрицием в 1574 году. Самое простое и вместе с тем самое убедительное доказательство существования кровообращения, предложенное Гарвеем, заключалось в вычислении количества крови, проходящей через сердце. Гарвей показал, что за полчаса сердце выбрасывает количество крови, равное весу животного. Такое большое количество движущейся крови можно объяснить только исходя из представления о замкнутой системе кровообращения. Очевидно, что предложение Галена о непрерывном уничтожении крови, оттекающей к периферии тела, нельзя согласовать с этим фактом. Другое доказательство ошибочности взглядов об уничтожении крови на периферии тела Гарвей получил в опытах наложения повязки на верхние конечности человека. Эти опыты показали, что кровь течет из артерий в вены. Исследования Гарвея выявили значение малого круга кровообращения и установили, что сердце является мышечным мешком, снабженным клапанами, сокращения которого действуют как насос, нагнетающий кровь в кровеносную систему.
