1897年4月的一天，奥地利一家知名医院有4名病人在输血不久就发生抽搐，最终抢救无效死亡。身为主治医生的兰德施泰纳很是痛心，他仔细检察了病人的死因：四人全因血液发生了凝聚而亡。毫无疑问，是输血造成了病人的死亡。他痛下决心要找出输血失败的原因。
经过三年的反复分析，1900年他得出：不同的人血液可能不同。1901年兰德施泰纳发现了a、b、o三类血型。而后，他的同事又发现了第四类血型：ab型。不久，他就证明在从一个人向另一个人输血时，如血型不同，被输入的血往往会在血管里凝结，而且推断血型可以遗传。为此，他发明了一种测定人类血型的方法。这对输血和外科手术以及法医领域来说非常重要，影响深远。1927年，他又发现了第二种和第三种血型，即mn血型和p血型。 1930年兰德施泰纳因发现血型而荣获诺贝尔生理学和医学奖。
血型的发现并没有立即使兰德施泰纳扬名，当时许多人还没有看清它在医学上的深远意义。直到1908年，兰德施泰纳利用血清免疫原理，把一患瘫痪症的病儿的病原因子输入猴子体内，使其血清产生抗体，然后再把猴子的血清接种到病儿身上。奇迹发生了，病儿竟奇迹般康复了。这一事件在当时的医学界引起了强烈的震动，兰德施泰纳也因此声名大振。不久，他被聘为维也纳大学病理学教授，并兼任威廉米纳医院院长。
第一次世界大战之后，兰德施泰纳移居荷兰，两年后迁居美国，在洛克非勒医学研究所任职，直至1943年因致命的心脏病发作而去世，终年75岁。在他生命的最后时刻，他还在实验室的工作台上拿着一根玻璃吸管工作。在美国，他继续血型及抗体和抗原的研究，并在1940年与亚历山大·所罗门·维纳一起发现了恒河因子（rh因子）。
兰德斯坦纳在医学方面的成就是多方面的。除了血清学方面，他还取得了其他领域方面的重大成果。例如，在征服脊髓灰质炎(小儿麻痹症)方面，他在 1908年就取得过一项最早的突破，为了解和控制传染病的致病微生物迈出了关键的第一步。
为纪念兰德施泰纳在输血上的杰出贡献，从2004年开始兰德施泰纳的生日（6月14日）被定为世界献血日。
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