La fisiología animal moderna comenzó cuando el médico inglés William Harvey descubrió la circulación de la sangre en 1616. Poco después, el químico flamenco Jan Baptista van Helmont desarrolló el concepto de gas y sugirió la utilización de álcalis para el tratamiento de las alteraciones digestivas. El biofísico italiano Giovanni Alfonso Borelli publicó estudios sobre la motricidad animal en los que sugería que la base de la contracción muscular estribaba en las fibras musculares; el microscopista holandés Antoni van Leeuwenhoek realizó las primeras descripciones de eritrocitos y espermatozoides, y el histólogo italiano Marcello Malpighi demostró la existencia de los capilares y estudió la fisiología del riñón, el hígado y el bazo.
El estudio de las glándulas se inició durante la segunda mitad de este siglo: el médico inglés Thomas Warton demostró la existencia de la secreción salivar, y el anatomista danés Nicolaus Steno la existencia de las glándulas lacrimales y salivares. El médico holandés Regnier de Graaf profundizó en los estudios sobre las glándulas mediante su descubrimiento de los folículos del ovario; también realizó estudios sobre los jugos pancreáticos y la bilis. El médico inglés Richard Lower fue el primero en transfundir sangre de un animal a otro, y el médico francés Jean Baptiste Denis administró una transfusión a un ser humano con éxito por primera vez.
En el siglo XVII se consiguieron progresos en el estudio de la respiración. El fisiólogo inglés John Mayow demostró que el aire no era una sustancia única, sino una mezcla de varias sustancias, de las cuales no todas eran necesarias para la vida. En el siglo XVIII, el químico británico Joseph Priestley demostró que la proporción de oxígeno esencial para la vida animal es idéntica a la proporción de oxígeno necesaria para permitir la combustión. Antoine Laurent de Lavoisier, un químico francés, aisló y dio nombre al oxígeno poco después, y demostró que el dióxido de carbono era un producto de la respiración.