I suoi primi studi riguardarono gli effetti sulla fisiologia e sulla biologia umana dell'inedia e della malnutrizione. Famoso è lo studio denominato "Minnesota Starvation Experiment", iniziato durante la seconda guerra mondiale, che prevedeva una forte restrizione calorica su un campione iniziale di 36 volontari (poi ridottisi a 32), attinti tra obiettori di coscienza: i partecipanti all'esperimento si sottoposero a una dieta basata su 1800 calorie giornaliere, mantenendo un tenore di attività che prevedeva un consumo di 3000 calorie al giorno. Nell'impossibilità di pubblicarne i risultati, a causa della guerra, Ancel Keys ne rese noti i contenuti a varie organizzazioni umanitarie mondiali. La pubblicazione avverrà comunque nel 1950, con l'uscita di un'opera in due volumi e 1385 pagine, intitolata " Biology of Human Starvation".