Efter endt uddannelse arbejdede Heymans på Collège de France (under Prof. E. Gley), Université de Lausanne (under Prof. M. Arthus), Wien Universitet (under Professor H. H. Meyer), University College London (under Prof. E. H. Stær) og Case Western Reserve University School of Medicine (under Prof. C. F. Wiggers). I 1922 blev Heymans blev lektor i farmakodynamik på Gent universitet, og i 1930 efterfulgte han sin far, Jean-François Heymans, som professor i farmakologi, såvel som at blive udnævnt til leder af Institut for farmakologi, farmakodynamik og toksikologi; og direktør for J. F. Heymans Institut.  Forskning Heymans blev tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1938 for at vise, hvordan blodtryk og iltindholdet i blodet måles af kroppen, og sendes til hjernen. Heymans opnået dette ved hjælp af to hunde, hvoraf den ene var forbundet til sin krop, kun af nerver, og den anden, som blev brugt til kryds-overfører eller leverer blod til den første hunds hoved. Heymans bemærkes, at den første hund er opadgående og nedadgående hjerte-kar-refleksbuetrafik blev båret af sin egen nervus vagus, og forbindelser introduceret til den anden hunds blod, som blev brugt af første hundens hjerne, ikke havde nogen effekt. Han brugte et lignende eksperiment for at påvise betydningen af perifere kemoreceptore i luftvejsregulation, for hvilken han modtog sin Nobel pris. Han var chefredaktør for Archives Internationales de Pharmacodynamie et de Thérapie i mange år. Hans medlemskaber inkluderer Pontificial Academy of Sciences, Académie des Sciences, og Royal Society of Arts. Gruppen af fysiofarmakologer, der arbejdede under Heymans rådgivning på Gent Universitet ledte efter det anatomiske grundlag for denne respiratoriske refleks på carotid sinus. Det var nødvendigt, at den spanske neurohistolog Fernando de Castro Rodríguez (1898-1967), i detaljer beskrev innervationen af aorta-carotid regionen, der indskrænkede tilstedeværelsen af baroreceptorer til carotid sinus, mens at kemoreceptorer var ved carotidkroppen, for at den belgiske gruppe kunne flytte deres fokus fra den første til den meget lille anden struktur, for fysiologisk at kunne dokumentere arten og funktionen af det første kemoreceptorer i blodet. Det bidrag de unge, De Castro, der måske var den sidste direkte discipel af Santiago Ramón y Cajal (1852-1934; tildelt 1906 Nobelprisen i fysiologi eller medicin) blev glemt på det tidspunkt, men det er anerkendt verden over at han fortjente at dele Nobelprisen med Heymans, hans kollega og ven.  Personlige liv Heymans giftede sig med Berthe May, en øjenlæge, i 1929 og havde fem børn. Han døde i Knokke af et slagtilfælde.