Khoảng cuối những năm 1890, Pavlov nghiên cứu chức năng dạ dày của loài chó bằng cách quan sát sự tiết dịch vị của chúng, sau đó ông tính toán và phân tích dịch vị của chó và phản xạ của chúng dưới các điều kiện khác nhau. Ông để ý rằng chó thường tiết dịch vị khi phát hiện ra các tín hiệu báo hiệu sự xuất hiện của thức ăn. Sau này Pavlov đã xây dựng lên định luật cơ bản mà ông gọi là "phản xạ có điều kiện" dựa trên hàng loạt thí nghiệm mà ông tiến hành trước đó. Nhưng thí nghiệm này chỉ có tác dụng với những chú chó làm thí nghiệm đã được huấn luyện lâu dài, còn với những chú chó mới sinh ra và chưa qua huấn luyện thì không được. Pavlov cho rằng đây là một loại phản ứng đối với sự kích thích từ bên ngoài, ông gọi nó là "phản xạ có điều kiện" của động vật. Phản xạ có điều kiện dễ mất đi nếu không được củng cố thường xuyên.

Sau này Pavlov còn đi sâu nghiên cứu về những vấn đề này đồng thời đã viết ra tác phẩm nổi tiếng của mình. Vì những thành tựu này, ông đã nhận được giải thưởng Nobel năm 1904 (Nobel Prize in Physiology or Medicine).[8]