Cilvēka un dzīvnieku fizioloģija izzina dzīvības pamatprocesu fizikālās un bioķīmiskās norises organismā un skaidro saikni starp struktūrām un funkcijām. Tā pēta arī norises, kas ir pamatā homeostāzes uzturēšanai un funkciju regulācijas atgriezeniskai saitei, kā arī organisma adaptācijas spējas dažādām vidēm un apstākļiem. 

Izzinot dzīvā organisma fizioloģisko procesu likumsakarības, iespējams prognozēt un atbilstoši metodiskajām un tehnoloģiskām iespējām iejaukties fizioloģisko procesu norisēs to kļūmīgu (pataloģisku) norišu gadījumā. Tādējādi fizioloģija ir bāzes zinātne medicīnai un veterinārmedicīnai. Fizioloģijai ir būtiska nozīme organisma spēju, tai skaitā spēju galējo robežu (limitu), novērtēšanā un prognozēšanā, organismam esot augstas fiziskas vai psihiskas slodzes apstākļos. 

Cilvēka un dzīvnieku fizioloģija cieši saistīta ar bioķīmiju, citologiju, histoloģiju, anatomiju, biofiziku, kibernētiku, etoloģiju, zooloģiju. 

Izdala (1) salīdzinošo fizioloģiju – pēta bioloģisko procesu likumsakarības dažādās dzīvnieku grupās pēc to filoģenētiskās izcelsmes; (2) vielmaiņas fizioloģiju, sporta fizioloģiju, darba fizioloģiju, psihofizioloģiju – pēta fizioloģisko procesu adaptīvās norises dažādos funkcionālos stāvokļos fiziska un psihiska stresa apstākļos; (3) asinsrites fizioloģiju, elpošanas fizioloģiju, reprodukcijas fizioloģiju – pēta dzīvības pamatnorises cilvēka un dzīvnieku organismā atbilstoši funkciju specifikai; (4) imūnfizioloģiju – pēta organisma spēju atpazīt ģenētiski svešas izcelsmes molekulas un pasargāt organismu no to invāzijas organisma iekšējā vidē. Pēc fizioloģisko procesu norises veida izšķir normālo fizioloģiju, kas skaidro fizioloģiskās norises funkcionāli veselā organismā, un pataloģisko fizioloģiju, kas pēta fizioloģiskos procesus dzīvības norišu noviržu gadījumā. 

Enerģijas pārvērtību organismā teorija. Aizsācēji: franču ķīmiķis Antuāns Lavuazjē (Antoine Laurent de Lavoisier) – atklāja, ka organisma elpošanas rezultātā izelpotā ogļskābā gāze veidojas ķīmisku reakciju rezultātā, un izveidoja priekšstatu par enerģijas pārveidošanos organismā; vācu zinātnieks Justuss fon Lībigs (Justus von Liebig) – atklāja, ka proteīni, ogļhidrāti un tauki organismā tiek oskidēti. Teoriju papildināja vācu fiziologi Karls fon Foits (Carl von Voit), kas parādīja, ka organisma skābekļa patēriņš ir šūnu vielmaiņas rezultāts, un Makss Rubners (Max Rubner), kurš izmērīja dažādu pārtikas produktu enerģētisko vērtību, izsakot to kalorijās, kas joprojām tiek izmantotas mūsdienās.

Teorija par divu veidu asinsrites sistēmas modeļiem. Teorijas aizsākumi meklējami organisma vielu un siltuma transporta sistēmas cirkulācijas pētījumos 17. gs. pirmajā pusē (Viljams Hārvijs, William Harvey). Mugurkaulniekiem un daļai bezmugurkaulnieku, kā posmtārpiem (Annelida) un galvkājiem (Cephalopoda), asinsrites sistēma ir slēgta un asinis plūst pa pilnībā noslēgtu “cauruļvadu” sistēmu, nenonākot tiešā saskarē ar audiem un šūnām. Šādā asinsrites sistēmā asinsspiediens un asins plūsmas ātrums ir salīdzinoši augsts un nemainīgs un asins tilpums salīdzinoši mazs attiecībā pret pārējiem ķermeņa šķidrumiem. Savukārt daudziem bezmugurkaulniekiem, kā posmkājiem (Arthropoda) un gliemjiem (Mollusca), izņemot galvkājus, ir vaļēja asinsrites sistēma, kur daļa cirkulācijas šķidruma plūst pa asinsvadiem, bet daļa – pa ķermeņa dobumu. Šādā asinsrites sistēmā asinsspiediens un asins plūsmas ātrums ir salīdzinoši zems un mainīgs, bet asins tilpums salīdzinoši liels attiecībā pret pārējiem ķermeņa šķidrumiem.

Refleksu teorija. Aizsācējs ir franču matemātiķis un filozofs Renē Dekarts (René Descartes). Viņa 17. gs. pirmajā pusē definētā refleksu teorijas pamattēze – kairinātājs “atspoguļojas” smadzenēs, kur rodas ierosa (spiritus animus), kas liek ķermenim atbildēt – bija dominējoša līdzšinējā neirofizioloģijas pastāvēšanas vēsturē. Teorijā būtisku papildinājumu 20. gs. sākumā ieviesa angļu zinātnieks, Nobela prēmijas laureāts Čarlzs Šeringtons (Sir Charles Scott Sherrington), izmainot klasisko priekšstatu par refleksa loku kā primitīvu saikni “viens receptors – viens efektors” pret ideju par jebkuras reflektorās reakcijas kompleksumu, kurā iesaistās daudzas organisma somatiskās un veģetatīvās struktūras. 20. gs. sākumā refleksu teorijas koncepcijā jaunu pavērsienu par nosacījuma refleksiem, kas ir pamatā asociatīvajā apmācībā un biheiviorisma teorijā, ieviesa krievu zinātnieks Ivans Pavlovs (Иван Петрович Павлов).

Homeostāzes teorija. 19. gs. vidū franču fiziologs Klods Bernārs (Claude Bernard) radīja priekšstatus par organisma iekšējo vidi (milieu intérieur), ar ko tiek apzīmēti organisma ekstracelulārie (ārpusšūnas) šķidrumi – šūnstarpu šķidrums un asins plazma, kas ir dzīves vide organisma šūnām daudzšūnu organismā. Šie priekšstati noveda pie mūsdienu izpratnes par organisma ieksējās vides parametru (pH, osmotiskā spiediena, jonu koncentrācijas u. c.) relatīvo stabilitāti jeb homeostāzi. Organisma iekšējās vides parametru, kā arī strukūru un ģenētisko homeostāzi nodrošina savstarpēji saistīti neiro–imuno–humorālie pašregulācijas mehānismi. 

Fizioloģijas pētījumu pamatmetodes ir zinātnisks novērojums un akūts vai hronisks eksperiments ar dzīvniekiem. Zinātniskas atziņas iegūst arī, balstoties uz klīnisku pētījumu datiem. Dzīvnieku izmantošana eksperimentālos pētījumos 21. gs. samazinās; eksperimentāli izmeklējumi aizvien plašāk tiek veikti izolētu audu un šūnu līmenī, kā arī modeļeksperimentos, izmantojot fizikālās, ķīmiskās un matemātiskās modelēšanas metodes. Pētījuma rezultātu apkopošanai un analīzei izmanto parametriskas un neparametriskas statistiskās datu apstrādes metodes. 

Pirmās ziņas par cilvēka un dzīvnieku organismā notiekošajiem procesiem atrodamas liecībās no senajām civilizācijām Indijā (3300.–1300. g. p. m. ē.) un Ēģiptē (sākot ar 4000.–3000. g. p. m. ē.). Senākie pētījumi cilvēka fizioloģijā no medicīnas zinātņu viedokļa datējami, sākot ar aptuveni 420. g. p. m. ē. līdz sengrieķu ārsta un medicīnas pamatlicēja Hipokrata (Ιπποκράτης) laikam (ap 460.–370. g. p. m. ē.). Hipokrata rakstu krājumā “Hipokratiskie raksti” (Corpus Hippocraticum) apkopoti vairāk kā 60 antīkās medicīnas teksti, kas tapuši laikā no 6. gs. p. m. ē. līdz 2. gs. m. ē. Vēlākie darbi šajā rakstu krājumā papildināti pēc Hipokrata nāves. Fizioloģisko norišu un uzvedības (īpaši, emocionālo izpausmju) individuālās atšķirības cilvēkiem Hipokrats skaidroja ar humorālo jeb organisma šķidrumu teoriju, kuru veido četri Visuma pamatelementi: zeme, ūdens, gaiss un uguns. Tie attiecīgi atbilst četriem ķermeņa šķidrumiem, kas nosaka organisma dzīvības pamatprocesu norisi: melnā žults (grieķu melan holeia), limfa (grieķu phlegma), asinis (latīņu sanguis) un dzeltenā žults (grieķu holeia). Kritiskā domātāja Aristoteļa (Ἀριστοτέλης) atziņas par organisma strukturālo un funkcionālo saistību uzskatāmas par fizioloģijas pirmssākumiem senajā Grieķijā. Līdzīgi Hipokratam, Aristotelis slimību norises ķermenī skaidroja ar humorālo teoriju, kuru nosaka četras primārās dzīvības īpašības: karstums, aukstums, mitrums, sausums. Sengrieķu ārsts Galēns (Γαληνός) pirmais ķermeņa funkciju izpēti veica eksperimtos ar dzīvniekiem, tāpēc viņu uzskata par eksperimentālās fizioloģijas pamatlicēju. Galēns norādīja, ka cilvēka ķermeni veido trīs savstarpēji saistītas sistēmas: smadzenes un nervi, kas nodrošina domu un sajūtu veidošanos; sirds un artērijas, kas dod dzīvību; aknas un vēnas, kas nodrošina gremošanas procesus un augšanu. Galēna atziņas nozīmīgi ietekmēja fizioloģijas attīstību Eiropā turpmākos daudzus gadus līdz pat 17. gs. vidum. 11. gs. sākumā nozīmīgus traktātus apkopoja persiešu zinātnieks Avicenna (Avicenna). Viņa slavenākie darbi ir divi arābu valodā rakstīti enciklopēdiski sacerējumi – filozofiska un zinātniska enciklopēdija “Ārstniecības grāmata” (کتاب الشفاء, Kitāb al-Šifāʾ, 1027) un medicīniska enciklopēdija “Medicīnas kanons” (القانون في الطب, al-Qānūn fī aṭ-Ṭibb, 1025).

Lai aprakstītu ķermenī notiekošos procesus, 16. gs. sākumā franču astronoms un ārsts Žans Fernels (Jean François Fernel) ieviesa jēdzienu “fizioloģija”. Ž. Fernels pirmais aprakstīja muguras skriemeļu veidoto kanālu, kurā lokalizējas muguras smadzenes. 16.–17. gs. fizioloģijas zinātnē tika nodalītas un attīstījās atsevišķas fizioloģijas nozares, un šo attīstību ietekmēja tā laika fizikas un ķīmijas atklājumi un tehnoloģiskās iespējas. 17. gs. sākumā angļu fiziologs un ārsts Viljams Hārvijs pirmais korekti aprakstīja asins plūsmas pamatprincipus cilvēka asinsrites sistēmā. 17. gs. vidū itāļu biologs un ārsts Marčello Malpigi (Marcello Malpighi), kuru uzskata par mikroskopiskās anatomijas, histoloģijas, fizioloģijas un embrioloģijas pamatlicēju, aprakstīja V. Hārvija hipotētiski definētos asinsvadus – kapilārus. M. Malpigi atklāja un aprakstīja cilvēka un dzīvnieku (tai skaitā bezmugurkaulnieku) organismu dažādas anatomiskās struktūras, piemēram, ādas bazālo slāni jeb Malpīgija slāni (Stratum basale or Rete Malpighii), nieres Malpīgija ķermenīšus (Corpuscula renalia), liesas limfātiskos folikulus jeb Malpīgija ķermenīšus (Folliculi lymphatici lienales). Arī augu sistemātikā sarkano magrovju dzimtas (Rhizophoraceae) malpīgiju rinda (Malpighiales) nosaukta izcilā itāļu zinātnieka vārdā. 17. gs. pirmajā pusē franču filozofs un dabas zinātnieks Renē Dekarts (René Descartes) izvirzīja refleksu teoriju un savu novērojumu un pētījumu datus centās izskaidrot ar vispārējiem fizikāliem un filozofiskiem paņēmieniem. Dekarta refleksu teoriju tālāk attīstīja čehu fiziologs Jirži Prohāzka (Jiří Procházka). 18. gs. sākumā anglu fiziķis un fiziologs Stīvens Heilss (Stephen Hales) veica eksperimentālus pētījumus ar dzīvniekiem (suņiem) asinsrites fizioloģijā un attīstīja asinsspiediena mērīšanas metodi. 1733. gadā S. Heilss veica pirmo invazīvo arteriālā spiediena mērījumu zirgam. 18. gs. Eiropas zinātnē iezīmējās daudzveidīgi pētījumi ar dzīvniekiem un cilvēkiem dažādās fizioloģijas jomās: asinsrites fizioloģijā, gremošanas fizioloģijā, elpošanas fizioloģijā, elektrofizioloģijā un citur. 19. gs. notika strauja fizioloģijas zinātnes attīstība, īpaši sākot ar 1839. gadu, kad vācu zinātnieki botāniķis Matiass Šleidens (Matthias Schleiden) un fiziologs Teodors Švanns (Teodor Schwann) postulēja šūnu teoriju, kas skaidroja, ka ikvienu organismu veido strukturālie pamatelementi, ko sauc par šūnām. Šajā laikā franču fiziologs Klods Bernārds (Claude Bernard) ieviesa jēdzienu par organisma iekšējo vidi (milieu interieur) kā fizikāli un ķīmiski nemainīgu vidi, kurā “dzīvo” šūnas. K. Bernārda ideju par iekšējās vides nemainību jeb homeostāzi 20. gs. attīstīja amerikāņu fiziologs Volters Kennons (Walter Cannon). 1891. gadā I. Pavlovs pētīja klasisko nosacījuma refleksu izstrādes un neirālo pamatprocesu likumsakarības, eksperimentējot ar suņiem. 

1876. g. Londonā nodibināja Fiziologu biedrību (The Physiological Society), kuras mērķis bija veicināt izglītību, zinātnisko izpēti un informācijas izplatīšanu fizioloģijas zinātnē. Mūsdienās Fiziologu biedrības, kas apvieno fiziologus nacionālā un starptautiskā līmenī, ir visās Eiropas un daudzās pasaules valstīs. Tā, piemēram, Eiropas Fiziologu biedrību asociācija (Federation of European Physiological Societies) 2021. gadā apvieno 27 nacionālās Fiziologu biedrības; tajā ir pārstāvēta arī Latvija.

Mūsdienās fizioloģijas pētījumi tiek veikti gan kā fundamentāli, gan lietišķi pētījumi dažādās specifiskās fizioloģijas apakšnozarēs (piemēram, elpošanas fizioloģijā, gremošanas fizioloģijā, slodžu fizioloģijā, imūnfizioloģijā). Mūsdienu fizioloģijas jautājumu risināšanā iesaistās dažādu zinātņu nozaru (mikrobioloģijas, fizikas, ķīmijas, medicīnas u. c.) speciālisti. Šāda pieeja pētījumu problēmu ļauj apskatīt un risināt vispusīgi. Arvien palielinoties cilvēku dzīvildzei, 21. gs. pētniecības pamatjautājumi ir saistīti ar ontoģenētiskās augšanas un novecošanās fizioloģijas procesu pētīšanu, lai pagarinātu kvalitatīva mūža ilgumu. Šī fizioloģijas virziena pētījumi ir saistīti ar dzīvesveida (uztura paradumu, kustību aktivitātes, kaitīgo ieradumu) nozīmi organisma fizisko un mentālo spēju saglabāšanā. 21. gs. 20. gados īpaši aktuāli ir cilvēka un dzīvnieku zarnu mikrobiotas (zarnās esošo mikroorganismu un to gēnu kopuma) pētījumi par mikrobiotas efektiem organisma fizioloģisko funkciju regulācijā. Starpdisciplināri aktuāli pētījumi, apvienojot fizioloģijas, imunoloģijas, virusoloģijas un epidemioloģijas teorētiskās zināšanas un pētījumu metodes, ir globālu infekciozo slimību izpēte no dažādiem aspektiem, lai ierobežotu to izplatīšanos un infekciju izraisīto simptomu samazināšanu. Aktuāla ir cilvēka un dzīvnieku adaptācijas un funkcionālo spēju limitu izpēte, organismam nonākot ekstremālos ārējās vides apstākļos, piemēram, hiposkiskos un hipobāriskos apstākļos augstkalnos, lielā ārējās vides spiedienā nirstot vai mikrogravitācijas apstākļos kosmosā. 

Amerikas Savienotajās Valstīs – Jeila universitāte (Yale University), Ziemeļkarolīnas universitāte (University of North Carolina); Kanādā – Albertas universitāte (University of Alberta); Eiropā – Maksa Planka Molekulārās fizioloģijas institūts (Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie) Dortmundē, Vācijā, Norvēģijas Zinātņu un tehnoloģiju universitāte (Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet) Trondheimā, Kembridžas universitāte (Cambridge University) Apvienotajā Karalistē, Gēteborgas universitātes Neirozinātnes un fizioloģijas institūts (Institute of Neuroscience and Physiology at University of Gothenburg) un Karolinska institūts (Karolinska Institutet) Zviedrijā; Āzijā – Tokijas Tehnoloģiju institūts (東京工業大学) Japānā, Kitasato universitāte (北里大学) Tokijā; Austrālijā – Austrālijas Nacionālā universitāte (The Australian National University) Sidnejā, Austrālijā. 

Vispārējās fizioloģijas zinātnē ietekmīgākie periodiskie izdevumi ir American Journal of Physiology (kopš 1898. gada, The American Physiological Society), Annual Review of Physiology (kopš 1939. gada, Annual Reviews), Physiological Reviews (kopš 1921. gada, The American Physiological Society), Physiology (kopš 1986. gada, The American Physiological Society), Journal of General Physiology(kopš 1918. gada, Rockefeller University Press), Acta Physiologica (kopš 1889. gada, Wiley-Blackwell). Plašs ir arī specifisko fizioloģijas apakšnozaru izdevumu klāsts, kā The Journal of Neuroscience (kopš 1981. gada, Society for Neuroscience), Exercise and Sport Sciences Reviews (kopš 1973. gada, Lippincott Williams & Wilkins), Cardiovascular Research (kopš 1967. gada, Oxford University Press) un citi.

Sengrieķu ārsts, rakstnieks un dabazinātnieks Galēns – eksperimentālās fizioloģijas aizsācējs. Angļu fiziologs un ārsts V. Hārvijs – pirmais pareizi aprakstīja cilvēka asinsrites sistēmu un definēja lielo un mazo asinsrites loku. K. Bernārds – aprakstīja gremošanas sulu sekrēcijas fizioloģiskos mehānismus un pierādīja, ka aknās veidojas glikogēns. Itāļu biologs Lazaro Spalancani (Lazzaro Spallanzani) – skaidroja gremošanas procesus dzīvnieku gremošanas sistēmā, aprakstot tos ne tikai kā barības mehāniskus šķelšanas procesus, bet barības “smalcināšanu” zarnās ķīmiskas šķelšanas ceļā. Itāļu fiziķis un dabaszinātnieks Luidži Galvani (Luigi Galvani) – atklāja bioelektriskās parādības audos; lika pamatus elektrofizioloģijai un uzbudinājuma procesa izpētei cilvēka un dzīvnieku audos. Vācu fiziķis un fiziologs Hermans fon Helmholcs (Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz) – veica nozīmīgus atklājumus par uzbudināmiem audiem un sensorām sistēmām; radīja trīskomponentu krāsu redzes teoriju un dzirdes rezonanses teoriju. Vācu fiziologs un anatoms Johanness Millers (Johannes Peter Müller) – veicināja eksperimentālās fizioloģijas strauju uzplaukumu. Angļu farmakologs un fiziologs Henrijs Deils (Sir Henry Hallett Dale) un Vācijā dzimušais farmakologs Oto Lēvi (Otto Loewi) – pierādīja, ka nervs (nervšķiedra) informācijas pārnesi no neirona uz citiem audiem (sirds muskuli) veic nevis bioelektriska impulsa veidā, bet ar signālvielas – acetilholīna – starpniecību. Amerikāņu zinātnieki Luiss Ignarro (Louis J. Ignarro) un Ferids Murads (Ferid Murad) – pierādīja, ka par signālvielām organismā var kalpot gāzveida molekulas, atklājot slāpekļa monooksīda kā signālmolekulas nozīmi sirds-asinsrites sistēmā. 21. gs. norvēģu zinātnieki Maja Brita Mozera (May-Britt Moser) un Edvards Mozers (Edvard Moser) – skaidroja telpiskās atpazīšanas sistēmu smadzenēs; japāņu zinātnieks Jošinori Ohsumi (大隅 良典) – radīja jaunu izpratni par šūnas struktūru atjaunošanās procesiem un skaidroja autofāgijas nozīmi organisma fizioloģiskajos procesos.