，２１歲的巴甫洛夫帶著一張“貧困證明書”，進入了彼得堡大學攻讀生理學。他刻苦學習，閱讀大量的書籍，大學畢業時，獲得了金質獎章。後來，又轉到軍醫學院深造，並在這所學院中度過了４０多個年頭。

在這期間，巴甫洛夫選擇了研究消化系統的生理狀況這個課題，開始長時間觀察動物體內的消化活動。

他首先把狗的食道經過手術切斷，把切斷的食道兩端縫在狗脖子的面板上，然後讓狗餓上一段時間。

一天以後，巴甫洛夫把這隻飢餓的狗拉到了實驗室，在狗的面前放一盤鮮肉。狗一見鮮肉，便貪饞地吞了起來。然後咀嚼了幾下就嚥下去了。可是，不一會兒，嚥下去的肉又掉到了食盤裡。這是因為狗的食道已被切斷，肉根本進不了胃裡。

狗依然貪婪地吃著，盤子裡的肉始終是那麼多。

這隻狗徒勞地吃了四五分鐘後，奇怪的現象出現了，在通向狗胃的一根像皮管裡流出了大量的胃液。

胃液不斷分泌，是狗的第十對腦神經——迷走神經的衝動引起的。巴甫洛夫對這隻狗的迷走神經也動過手術，已在上面引出一根絲線。現在，只要他稍微提動一下絲線，就切斷了腦與胃之間的聯絡。結果，狗儘管還是在不斷地吞嚥鮮肉，但胃液卻停止分泌了。

這就是著名的“假飼”實驗，它可以使人們觀察到狗的消化腺的分泌情況。

從２０世紀初，巴甫洛夫又開始研究高階神經活動，第一次發現了大腦皮層機能的活動規律。

他又給一條狗動了手術，在狗的腮幫子上開個小孔，用一根細細的導管安在它的一個唾液腺上。當狗吃東西流唾液的時候，一部分唾液就透過導管流到了外面。

巴甫洛夫透過實驗發現，只要食物落到狗的口中，它就會泌出唾液，如果食物是溼的，分泌的唾液就少些，食物是乾的，分泌的就多些。這種反射活動是狗和其它一切動物生來就有的，巴甫洛夫稱它為非條件反射。

但後來的實驗中，他又發現一個非常重要的事實，除了食物刺激口腔會引起狗的唾液分泌以外，其他的刺激，比如光、聲音等的刺激，也能引起狗的唾液分泌。

為了通俗、形象地說明這種現象，在一次實驗時，巴甫洛夫舉起一隻檸檬