兰德斯坦纳第一个感兴趣的科学问题是血液凝聚，而这一现象可追溯到两个世纪前。

早在1667年，法国医生就完成首例输血，将羊的血液输入人体并取得成功，然而，在进行第四例输血时，病人出现了严重的凝血反应，输血被强制叫停。虽然尝试失败，但输血的潜在价值促使科学家孜孜不倦地探求凝血的机理，并于1875年取得重大突破：德国科学家伦纳德·兰多瓦通过研究确认，血清中的某种因素与外来红细胞之间相互作用会导致红细胞凝集和溶血。1895年，比利时免疫学家朱尔斯·博尔德特（1919年诺贝尔生理学或医学奖获得者）将红细胞凝集现象解释为“抗原—抗体反应”，将红细胞上的特定物质称为抗原，而将血清中的某种物质称为抗体，当红细胞抗原与血清抗体产生反应时则出现凝集现象。

几乎在同时，兰德斯坦纳也得到了相同结果，他在获悉博尔德特结论后毅然放弃发表文章，却另辟蹊径想观察一下人与人的血清和红细胞是否也存在凝集现象。为检验自己的想法，兰德斯坦纳自告奋勇，并成功说服5位同事，最终获得6个人的血清和红细胞，然后将它们依次进行混合。他首先发现自身血清不会与自身红细胞反应，但两位同事间的血清和红细胞会发生反应，这预示至少存在两类抗原，兰德斯坦纳将其命名为A型和B型，由于自己的血与其他人的都没有反应，因此称为C型，后修改为O型。1901年，兰德斯坦纳将这些结果以“正常人体血液的凝集”为题发表于《维也纳临床周刊》上。

兰德斯坦纳的研究遭到其他科学家的质疑，他们认为如此少的样本（6个人）无法说明问题。为此，兰德斯坦纳让学生和同事进一步做大样本测试。于是他们又发现了一种新型血清，称之为AB型，至此组成ABO系统的四种血型全部鉴定成功。

1904年，兰德斯坦纳基于ABO血型特征对血凝规律进行了描述，通俗理解就是：红细胞携带特定抗原，则血清中缺乏相应抗体；红细胞缺乏特定抗原，则血清中存在相应抗体；抗原与抗体的结合是造成血液凝聚的原因。如A型血的人红细胞携带A抗原，则肯定不存在A抗体；A型血不携带B抗原，则一定存在B抗体。这一发现使安全输血成为可能。通常同种血型输血最理想，此外O型血红细胞表面不含任何抗原，被称为万能输血者；而AB型血红细胞表面携带A和B两种抗原，但血清不含相应抗体，被称为万能受血者。1907年，美国纽约西奈医院鲁本·奥滕伯格医生完成第一次血型匹配并成功实施第一次输血。1915年，研究人员发现柠檬酸钠具有抗凝血作用，为血液储存提供了极大便利，从而使输血成为常规治疗手段。第一次世界大战期间，输血挽救了成千上万士兵的生命。后来，血库的建立和完善进一步规范了输血操作。

（只能按照箭头方向进行，反之会出现凝血）

兰德斯坦纳和马克斯·里克特发明从干血样本中确定血型的方法，并积极倡导将该方案应用于犯罪嫌疑人的确定，在很长一段时间内被广泛采用。后续还发现血型是由遗传决定的，因此血型还被应用于亲子鉴定等方面。

输血成为现代外科发展和成熟的三大基石之一（另两个是麻醉和无菌）。1930年，兰德斯坦纳由于在“人类血型发现”过程中的贡献获得诺贝尔生理学或医学奖。2004年，兰德斯坦纳的生日（6月14日）被世界卫生组织确立为世界献血者日，以纪念他在输血领域做出的卓越贡献。