W czasie I wojny światowej Carrel służył w armii francuskiej. Wraz z chemikiem Henrym Dakinem opracował antyseptyk Carrel-Dakin na głębokie rany. Wracając po wojnie do Instytutu Rockefellera, Carrel zwrócił uwagę na metody utrzymywania tkanek i narządów przy życiu poza ciałem. Przez wiele lat utrzymywał tkankę serca zarodków kurzych na sztucznych roztworach odżywczych, a wraz z lotnikiem Charlesem Lindberghem opracował tak zwane sztuczne serce, które mogło pompować płyny fizjologiczne przez duże narządy, takie jak serce czy nerki.
Wkład Alexisa Carrela w rozwój medycyny i biologii polegał na pracach nad transplantacją narządów i hodowlami tkankowymi. Wypracowanie technik szwu chirurgicznego naczyń krwionośnych pozwoliło na postęp w przeszczepianiu narządów. Opracował metody przechowywania pobranych tkanek, np. odcinków żył i tętnic, co umożliwiło szybszy rozwój angiochirurgiiHarold Ellis: A history of surgery. London, 2001, s. 232, |https://books.google.de/books?id=OsZWFyUYtDQC&dq=Charles+Dubost&pg=PA234&redir_esc=y#v=onepage&q=Charles%20Dubost&f=false . Badania Carrela nad kulturami tkankowymi wniosły także znaczący wkład w zrozumienie biologii wirusów i przyczyniły się do postępu w produkcji szczepionek.