Fysiologien deles iplantefysiologi og dyrefysiologi, videre i felter etter det organet eller den organisme-komponenten som studeres: lungefysiologi, muskelfysiologi, nyrefysiologi, nevrofysiologi, cellefysiologi og så videre. I stor utstrekning forsøker også moderne fysiologi å utrede hvordan funksjoner i de ulike organer og legemsdeler samordnes og kontrolleres.

Kunnskap innen fysiologien hos mennesker og dyr har til dels blitt oppdaget ved observasjon av de forstyrrelsene i funksjon som oppstår vedsykdom eller skade i visse organer. For eksempel fikk man først innsikt iskjoldbruskkjertelens funksjon ved å observere sykdomsbildethypotyreose, som oppstår når heleskjoldbruskkjertelen fjernes.

Som vitenskap stammer fysiologien fra den greske filosofenAristoteles (384–322 fvt.) og den romerske legenGalenos (cirka 129–200 evt.). Galenos var den første eksperimentelle fysiologen. Han kuttet nerver på dyr og konstatertelammelse utenfor skaden. Til tross for at Galenos viste ateksperimentet er grunnlaget for kunnskap i fysiologi, førte verkene hans til stagnasjon, fordi han ble oppfattet som en ufeilbarlig autoritet. De første angrepene på antikk fysiologi kom fra arabiske leger. I 1268 beskrev Ibn an-Nafis blodomløpet fra høyre til venstre hjertehalvdel via lungene. Først på 1600-tallet ble troen på Aristoteles og Galenos som autoriteter brutt.

I lange tider, delvis helt inn på 1800-tallet, var grunnsynet i fysiologi sterkt «vitalistisk» farget. Man trodde livet og dets ytringer måtte forklares som utslag av en mystisk og udefinerbar «livskraft»,vis vitalis. Etter hvert, og under påvirkning av utviklingen i andre naturvitenskaper som fysikk og kjemi, ble grunnsynet i fysiologien ført over i den fysikalske eller mekanistiske oppfatningen som nå dominerer, og som knytter livsytringene sammen med de alminnelige kjemiske og fysiske lovene. En vesentlig innflytelse i denne retning hadde den svenske kjemikerenJöns Jacob Berzelius' (1779–1848) påvisning i begynnelsen av 1800-tallet av at denorganiske kjemi følger de samme lovene som den uorganiske. Viktig var ogsåEduard Buchners (1860–1917) oppdagelse av at en viktig livsytring som gjæringen av sukkerarter utføres av kjemiske stoffer igjærceller (såkalteenzymer), som kan isoleres fra disse og fremkalle gjæring uavhengig av dem.

Noen av de første betydningsfulle fysiologieksperimenter ble foretatt av den engelske legenWilliam Harvey (1578–1657), som så tidlig som i 1628 ved undersøkelser på dyr klarla hvordanblodomløpet fungerer. På tross av Harveys revolusjonerende funn, var fysiologien fortsatt i over 150 år dominert av vitalistisk-naturfilosofiske spekulasjoner uten forankring i eksperimentelle funn.

For den videre utvikling mot nåtidens fysiologi ble blant annet undersøkelser av franskmannenAntoine L. Lavoisier (1743–1794) av stor betydning. Han studerte forbrenningen av næringsstoffene i organismen og hvordankarbondioksid som dannes ved denne forbrenning utskilles gjennom lungene. Betydningsfulle arbeider av en rekke forskere, som for eksempel Johannes Müller (1801–1858) og den franske fysiologenClaude Bernard (1813–1878), førte for alvor fysiologien over i et eksperimentelt spor på 1800-tallet.

• blodomløpet
• respirasjon
• nervesystemet