[4]​ Aunque sus primeras investigaciones versaban sobre biología marina,[5]​ pronto se implicó en estudios sobre fisiología humana.

Por ejemplo, contribuyó a mejorar el valor nutritivo de las raciones de combate del ejército norteamericano[6]​ y, junto con otros investigadores como Olaf Mickelsen (1912-1999) y Virgil P. Sydenstricker (1889–1964), desarrolló la llamada "ración K".

Se considera que su contribución más relevante a la ciencia fue el Estudio de los Siete Países,[11]​ primer ensayo epidemiológico multinacional sobre la potencial relación entre enfermedad coronaria y el colesterol de la dieta.

Los autores del estudio concluyeron que podía existir un factor protector de la dieta frente a las enfermedades cardiovasculares.

Si Keys hubiera incluido a todos los países, su curva se habría desfigurado significativamente, pues la mortalidad por cardiopatía coronaria en EE. UU.

Veinticinco años después, en 1999 revisó nuevamente la información de los sujetos del estudio.

Incluyó a 21 países tras 10 años de seguimiento y sus resultados se publicaron el 2002.

Además afirma que los estudios más recientes concluyen que no hay una relación clara entre el nivel total de colesterol y de colesterol malo y la enfermedad cardíaca.