从1888年开始，他对消化生理进行研究。巴甫洛夫在狗的身上接上瘘管来观察消化液在胃里的成分和作用，并取得了一些功效。他将3个瘘管接在狗的食管和胃道，然后进行假饲，几分钟后无数细小的胃腺中便分泌出清澈的胃液。一只狗每次可分泌一公斤左右的胃液，经过加工，可对胃酸低的病人进行治疗。
巴甫洛夫还发现分布在胃壁上的第10对脑神经迷走神经与胃液分泌有关。用同样的办法分泌胃液，迷走神经切断，胃液分泌就停止。但如果不假饲，只刺激迷走神经，也能引起胃液分泌。是什么东西对迷走神经产生刺激呢？原来味觉器官感受到了食物刺激，便会通过神经传给大脑，由大脑通过迷走神经对胃液发布命令，胃液开始分泌，这就是“条件反射”学说。
经典条件反射：又称巴甫洛夫条件反射