巴甫洛夫基於實驗研究得出的基本結論是，動物有壹種與生俱來的生理反射，這種反射隨著胃中食物的種類和數量以非常準確的方式分泌胃液。這個結論同樣適用於唾液分泌，因為狗唾液分泌的情況與口中食物的種類和數量完全壹致。比如，當嘴裏有食物時，妳會分泌出濃濃的唾液來啟動消化過程，當妳在嘴裏滴壹點酸時，妳會分泌出很多淡的唾液來稀釋酸。巴甫洛夫在實驗中遇到了新情況。如果把狗的食道切開，從脖子移到外面，食物可以咀嚼和吞咽，但不會進入胃裏，而是從脖子流出來。巴甫洛夫發現，當食物進入胃時，狗仍然分泌幾乎壹樣多的胃液。這使他得出結論，引起反射分泌的刺激不僅可以是胃裏的食物(即適當的刺激)，也可以是嘴裏的食物(即信號刺激)。巴甫洛夫後來發現，狗的胃液分泌活動可以由狗以前吃過的菜引起，甚至可以由看到以前餵過食物的人引起。這種情況和屬於生理反射的分泌活動完全不同。巴甫洛夫認為，反射有兩種:壹種是生理反射，是任何動物的所有成員都會表現出來的內在反射，它們是神經系統固有組織的壹部分；另壹種是心理反射，他後來改名為條件反射，是特定的動物由於特定的經歷而產生的。比如所有的狗在胃裏有食物的時候都會分泌胃液，但是只有那些有壹定經驗的狗在聽到鈴聲的時候才會產生胃液分泌。
現在我們來看看經典的條件反射實驗。他用避孕套固定住了狗。唾液是通過壹根連接在狗下巴外側的管子收集的。該管道連接到壹個設備上，該設備可以測量以立方厘米為單位的總量，並記錄分泌的液滴數量。如前所述，當狗嘴裏有食物時，它會產生流涎的反應。這種反應是本能所固有的。巴甫洛夫把這種食物的無條件刺激稱為“UCS”，而把唾液分泌的反射稱為無條件反射，稱為“UCR”。為了使狗對某種刺激(如鈴鐺)形成條件反射，將這種只引起探索性反射的中性刺激(如鈴鐺)與無條件刺激(如肉)配對。經過壹系列的匹配嘗試，不提供肉只打鈴也會導致狗產生唾液分泌。在這種情況下，鈴聲就變成了條件刺激，簡稱“CS”，鈴聲引起的唾液分泌就是條件反射，簡稱“CR”。可見，條件反射只是條件刺激和無條件刺激配對的結果。
需要指出的是，在巴甫洛夫看來，重要的是引起反思的刺激，反思後的結果沒有理論意義。這樣，雖然巴甫洛夫和桑代克都在分析刺激和反應之間的聯系，但他們對形成這種聯系的程序和學習過程的解釋是完全不同的。我們可以將巴甫洛夫和桑代克的實驗程序與下列程序進行比較:
因為巴甫洛夫的無條件刺激(UCS)和桑代克的強化刺激(S’)的時間和作用不同，前者可以說是壹種刺激辨別學習，後者是通過強化刺激來加強刺激與反應之間的聯系。所以，如果我們把巴甫洛夫的無條件刺激強化叫做強化，就容易造成壹些混亂。