以实验为特征的近代生理学始于17世纪。1628年英国医生哈维发表了有关血液循环的名著《动物心血运动的研究》一书，这是历史上首次以实验证明了人和高等动物血液是从左心室输出，通过体循环动脉而流向全身组织，然后汇集于静脉而回到右心房，再经过肺循环而入左心房。这样，心脏便成为血液循环的中心。但哈维当时由于工具的限制，动脉与静脉之间是怎样连接的还只能依靠臆测，认为动脉血是穿过组织的孔隙而通向静脉。直至1661年意大利组织学家马尔皮基应用简单的显微镜发现了毛细血管之后，血液循环的全部路径才搞清楚，并确立了循环生理的基本规律。
在17世纪法国哲学家笛卡儿首先将反射概念应用于生理学，认为动物的每一活动都是对外界刺激的必要反应，刺激与反应之间有固定的神经联系，他称这一连串的活动为反射。反射概念直至19世纪初期由于脊髓背根司感觉和腹根司运动的发现，才获得结构与功能的依据。这一概念为后来神经系统活动规律的研究开辟了道路。
在18世纪，法国化学家拉瓦锡首先发现氧气和燃烧原理，指出呼吸过程同燃烧一样，都要消耗氧和产生二氧化碳，从而为机体新陈代谢的研究奠定了基础。意大利物理学家伽伐尼发现动物肌肉收缩时能够产生电流，于是开始了生物电学这一新的生理研究领医学^教育网搜集整理域。
19世纪，生理学开始进入全盛时期。首先应提到法国的著名生理学家贝尔纳，他在生理学的多方面进行了广泛的实验研究并作出卓越贡献，特别重要的是他提出的内环境概念已成为生理学中的一个指导性理论。他指出血浆和其他细胞外液乃是动物机体的内环境，是全身细胞直接生活的环境，内环境理化因素如温度、酸碱度和渗透压等的恒定是保持生命活动的必要条件。德国的路德维希所创造的记纹器，长期以来成为生理学实验室的必备仪器，他对血液循环的神经调节作出重要贡献，对肾脏的泌尿生理提出有价值的设想。和他同时代的德国海登海因除了对肾脏泌尿生理提出不同的设想外，还首次运用了慢性的小胃制备法以研究胃液分泌的机制，被称为海氏小胃；这小胃制备法后来经俄国的著名生理学家巴甫洛夫改良成为巴氏小胃，从而分别证明了胃液分泌的调节既有体液机制又有神经机制，他们都对消化生理作出不朽的贡献。德国的物理学家和生理学家亥姆霍兹除运用他的丰富的物理学知识对于视觉和听觉生理作出杰出的贡献外，还创造了测量神经传导速度的简单而相当准确的方法，为后人所称道。
20世纪前半期，生理学研究在各个领域都取得了丰富的成果。1903年英国的谢灵顿出版了他的名著《神经系统的整合作用》，对于脊髓反射的规律进行了长期而精密的研究，为神经系统的生理学奠定了巩固的基础。与此同时，巴甫洛夫从消化液分泌机制的研究转到以唾液分泌为客观指标对大脑皮层的生理活动规律进行了详尽的研究，提出著名的条件反射概念和高级神经活动学说。
美国的坎农在长期研究自主神经系统生理的基础上，于1929年提出著名的稳态概念，进一步发展了贝尔纳的内环境恒定的理论，认为内环境理化因素之所以能够在狭小范围内波动而始终保持相对稳定状态，主要有赖于自主神经系统和有关的某些内分泌激素的经常性调节。
坎农的稳态概念在20世纪40年代由于控制论的结合，乃广泛地认识到机体各个部分从细胞到器官系统的活动，都依靠自身调节机制的作用而保持相对稳定状态，这些调节机制都具有负反馈作用。从此以后，控制论、系统分析和电子计算机等一系列新观念新技术的引进，使得生理学在定量研究方面迈出了一大步，出现应用系统论方法、计算机数学建模等研究的数学生理学与系统生理学这一新边缘学科。
中国近代生理学的研究自20世纪20年代才开始发展。1926年在生理学家林可胜的倡议下，成立中国生理学会翌年创刊《中国生理学杂志》，新中国成立后，改称《生理学报》。中国生理学家在这个刊物上发表了不少很有价值的研究论文，受到国际同行的重视。
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