Demichov fu un pioniere del trapianto degli organi. Eseguì numerosi trapianti (principalmente tra gli anni trenta e cinquanta), come il trapianto di un cuore in un animale. Egli è anche noto per i suoi esperimenti sul trapianto di teste di cani, creando conseguentemente cani a due teste; questo ha portato al trapianto di testa nelle scimmie dal dottor Robert J. White, che è stato ispirato dal lavoro di Demichov.