Учение о крови развилось в 20 веке в самостоятельную дисциплину — гематологию. Большая заслуга в этом принадлежит отечественным ученым. А. Д. Тимофеевский в 1913—1915 гг. впервые в мире получил культуры лейкоцитов лейкемической и нормальной крови при помощи метода тканевых культур. Этот метод стал широко применяться для выяснения основных вопросов гемопоэза. М. И. Аринкин в 1927 г. разработал метод пункции грудины для прижизненного исследования костного мозга (см. Трепано биопсия), получивший мировое признание. Н. К. Горяев предложил сетку для счета форменных элементов крови. А. Н. Крюков (1878—1952) создал унитарную теорию кроветворения (1920) и описал анемию при спру. Г. Ф. Ланг возглавил функциональное направление в гематологии, связывающее морфологические свойства элементов крови с их физико-химическими, биохимическими и функциональными свойствами. X. X. Владос установил, что в патогенезе пернициозной анемии принимают участие желудочно-кишечный тракт и нервная система; доказал наличие гипопластической формы этого заболевания, позднее описанной английскими авторами. М. С. Дульцин доказал основную роль железа в патогенезе позднего хлороза и лечебное значение его больших доз. И. А. Кассирский и А. Ф. Коровников описали парамиелобластоз и разработали методы использования пункции лимфатических желез, селезенки, печени для диагностических целей.
Д. Уиппл, У. Мерфии Д. Майнот (США) в 1926 г. разработали метод лечения пернициозной анемии введением печени в рацион питания. Этот метод привел к открытию в 1948 г. Л. Смитом (Англия) «антипернициозного» витамина В12. Выдающуюся роль в создании современного учения о физиологических стимуляторах кроветворения сыграл У. Касл (США; см. Касла факторы), который раскрыл патогенез пернициозной анемии и показал значение желудка в кроветворении.
В 1900—1901 гг. К. Ландштейнер (Австрия) установил законы изогемагглютинации, в 1907 г. польский ученый Я. Янский выделил четыре группы крови, что создало предпосылки для использования в практической медицине переливания крови. В 1927 г. К. Ландштейнер и Ф.Левин (США) обнаружили антигены в человеческих эритроцитах, а в 1940 г. К. Ландштейнер вместе с А. Винером открыл резус-антигены (см. Резус-фактор).
В СССР переливание крови впервые было поставлено на научную основу в 1919 г. в Госпитальной хирургической клинике (Военно-медицинская академия), руководимой С. П. Федоровым, где В. Н. Шамов произвел первое переливание крови с учетом законов изогемагглютинации. В 1926 г. в Москве был организован по инициативе A. А. Богданова первый в мире специальный институт переливания крови. Как в этом институте, так и в ряде лабораторий и клиник ведущее место заняли имевшие мировое значение исследования большой группы советских ученых (А. А. Богомолец, Н. А. Федоров, С. И. Спасокукоцкий, И. Р. Петров и др.). Важное теоретическое и практическое значение имеют исследования по переливанию крови, взятой от трупов. Экспериментально этот метод переливания крови обосновал B. Н. Шамов совместно с М. X. Костюковым (1928). 23 марта 1930 г. С. С. Юдин и Р. Г. Сакоян впервые осуществили переливание больному трупной крови. Переливание трупной крови в дальнейшем привело к применению пересадки человеку кожи, костей, сосудов и других тканей, взятых от трупов. Эру в переливании крови создало ее консервирование.
Во многих странах были предложены коллоидные высокомолекулярные кровезамещающие жидкости — как белковые, так и синтетические. Огромную роль в деле переливания крови сыграли организационные мероприятия, среди которых самым значительным является создание в СССР единой государственной системы донорства. Метод переливания крови и кровезаменителей явился одним из моментов, обеспечивших значительные успехи хирургии в 20 веке, мощным средством борьбы с такими тяжелыми и опасными для жизни состояниями, как шок и острая кровопотеря.