利用動物血液進行輸血的療法始於15世紀後期，但由於存在血型不相容與感染的問題，該療法始終未獲成功。鑒於如此龐大的死亡人數，在超過150年的時間裏，輸血在整個歐洲大陸都被明令禁止。直到20世紀初，卡爾·蘭德斯坦納（Karl Landsteiner）發現了人類血型的存在（A、B、AB、O型），並因此獲得了1930年的諾貝爾獎。蘭德斯坦納發現，將不同血型的人的血液混合在一起將會導致血液的凝集，而這正是由不同血型之間的免疫反應所引起的。血型分類的依據在於紅細胞表麵上是否存在特定的遺傳性抗原，這些抗原包括了蛋白、碳水化合物以及脂質。如果輸入了不同血型的血液，接受者血漿中的抗體便會對這些新的紅細胞進行攻擊，將其破壞，該反應又被稱為溶血反應，可導致腎功能衰竭與循環性休克。如今，輸血已然成為一種常規的醫療手段，而在獻血過程中，收集的血液通常被分為幾部分，包括紅細胞、血小板、白細胞、血漿以及各種抗體與凝血因子等蛋白質（請參閱第5章內容）。對捐獻的血液組分進行分類可以實現精準治療，從而減少副作用的產生並有效地利用每一份血液資源。例如，血小板減少症患者會出現嚴重的自發性出血（有時可源自化療的副作用），對這些患者輸送血小板可以幫助其恢複血液的凝結能力。盡管我們很少會通過輸送白細胞的方式來治療感染，但通過對白細胞進行基因操作可使其表現出抗腫瘤細胞的活性，該方法目前已被用於癌症的治療中。
在20世紀70年代，愛德華·唐納爾·托馬斯（Edward Donnall Thomas）證明了靜脈注射骨髓細胞可以使骨髓重新獲得更新能力並可產生正常的血細胞，他因此獲得了1990年的諾貝爾獎。這些重新激活的藥劑中的活細胞便是成體造血幹細胞。在癌症治療過程中所使用的細胞毒性藥物無法區分腫瘤細胞與造血幹細胞，而會無差別地破壞所有分裂細胞。因此在化療後對患者幹細胞進行替換，便可以補充其骨髓細胞數量，並促進其正常血細胞的生成。骨髓移植已應用於包括白血病與淋巴瘤在內的多種癌症的治療中，以修複化療所引起的骨髓損傷。此外，骨髓移植也已成功地應用於貧血以及其他幹細胞受損或缺失相關疾病的治療過程中。