È noto per aver eseguito la prima trasfusione di sangue completamente documentata. Questa fu svolta il 15 giugno 1667 ad un ragazzo di quindici anni, in cui fu trasfuso sangue di pecora. Il ragazzo sopravvisse all'operazione, così come sopravvisse un operaio, che fu il secondo uomo sottoposto a trasfusione da parte di Denys. Non tutti i successivi pazienti di Denys sottoposti a trasfusione, tra i quali il barone svedese Gustaf Bonde, sopravvissero.