Alexis Carrel byl francouzský chirurg, který vyvinul vylepšené chirurgické metody pro spojení krevních cév v souvislosti s transplantací orgánů. V roce 1908 spolupracoval s Američanem Charlesem Claudem Guthrieem na pokusu naroubovat hlavu jednoho psa na neporušeného druhého psa; naroubovaná hlava vykazovala brzy nějaké reflexy, ale rychle se zhoršila a zvíře bylo po několika hodinách zabito. Carrelova práce na transplantaci orgánů později získala Nobelovu cenu; Guthrie byl pravděpodobně vyloučen kvůli této kontroverzní práci na transplantaci hlavy.

V roce 1954 Vladimir Demikhov, sovětský chirurg, který provedl důležitou práci ke zlepšení koronární bypass, provedl experiment, při kterém narouboval hlavu a horní část těla psa včetně předních nohou na jiného psa; úsilí bylo zaměřeno na to, jak zajistit prokrvení hlavy dárce a horní části těla, a nikoli na naroubování nervového systému. Psi obvykle přežili několik dní; jeden přežil 29 dní. Naroubované části těla se dokázaly pohybovat a reagovat na podněty. Zvířata uhynula kvůli odmítnutí transplantátu.

V padesátých a šedesátých letech byla vyvinuta imunosupresivní léčiva a techniky transplantace orgánů, které nakonec učinily z transplantace ledvin, jater a dalších orgánů standardní lékařské postupy.

V roce 1965 Robert J. White provedl řadu experimentů, ve kterých se pokusil naroubovat pouze vaskulární systém izolovaných mozků psů na stávající psy, aby se naučil zvládat tuto výzvu. Monitoroval mozkovou aktivitu pomocí EEG a také sledoval metabolismu a ukázal, že dokáže udržovat vysokou úroveň mozkové aktivity a metabolismu tím, že se vyvaruje jakéhokoli přerušení přívodu krve. Zvířata přežila mezi 6 hodinami a 2 dny. V roce 1970 provedl čtyři pokusy, při nichž odřízl hlavu opice a připojila k ní cévy jiné opičí hlavy; nepokusil se spojit nervový systém. White používal hluboké podchlazení k ochraně mozků v době, kdy byly během procedury odříznuty od krve. Subjekty příjemce musely být udržovány naživu mechanickou ventilací a léky stimulujícími srdce. Naroubované hlavy byly schopné fungovat – oči sledovaly pohybující se objekty a to mohlo žvýkat a polykat. Vyskytly se problémy s naroubováním krevních cév, které vedly k tvorbě krevních sraženin, a White užíval vysoké dávky imunosupresivních léků, které měly závažné vedlejší účinky; zvířata uhynula mezi 6 hodinami a 3 dny po narušení hlav. Tyto experimenty byly ohlášeny a kritizovány v médiích a aktivisté za práva zvířat je považovali za barbarský. Po mnoha letech bylo po transplantaci hlavy provedeno několik pokusů na zvířatech.

V roce 2012 publikoval Xiaoping Ren práci, ve které narouboval hlavu myši na tělo jiné myši; opět se zaměřila na to, jak aby nedošlo ke škodě způsobené ztrátou krevního zásobení; díky jeho protokolu přežily naroubované hlavy až šest měsíců.

V roce 2013 Sergio Canavero zveřejnil protokol, který podle něj umožní transplantaci lidské hlavy.

V roce 2015 Ren publikoval práci, ve které uřízl hlavy myší, ale ponechal mozkový kmen na místě, a poté spojil vaskulaturu hlavy dárce s tělem příjemce; tato práce byla snahou zjistit, zda bylo možné udržet tělo zvířete příjemce naživu bez podpory života. Všechny předchozí experimentální práce, které zahrnovaly odstranění hlavy těla příjemce, odřízly hlavu dolů dolů, těsně pod druhou kostí v páteři. Ren také během léčby používal mírné podchlazení k ochraně mozků.

V roce 2016 zveřejnili Ren a Canavero přehled pokusů a možných strategií neuroprotekce, které by podle nich měly být prozkoumány pro potenciální použití při transplantaci hlavy. postup; diskutovali o různých protokolech pro připojení vaskulatury, použití různých úrovní podchlazení, použití krevních náhražek a možnosti použití sirovodíku jako neuroprotektivního činidla.