诺贝尔奖金获得者、俄国生理学家伊万·巴甫洛夫（Ivan Pavlov，1870－1932）是最早提出经典性条件反射的人。
在19世纪末期，俄国生理学家伊万·巴甫洛夫进行了一系列的实验，这些实验很快受到全世界生物学家的注意。巴甫洛夫致力于神经系统如何支配行为的工作。他通过研究狗产生唾液的种种方式揭示了一些学习行为的本质。
巴甫洛夫注意到狗在嚼吃食物时淌口水，或者说分泌大量的唾液，唾液分泌是一种本能的反射，巴甫洛夫还观察到，较老的狗一看到食物就淌口水，而不必尝到食物的刺激，也就是说，单是视觉就可以使狗产生分泌唾液的反应。
为了计量狗在实验期间分泌唾液的量，他为每一只实验的狗做了一个小手术，即改变了一条唾腺导管的路线，唾液通常是通过一条唾腺经过导管流入狗的口腔的，巴甫洛夫改变了这条导管的线路，使它通到体外。这样，就可以接取和计量由导管滴出的唾液。
待狗的手术口愈合后，巴甫洛夫便开始实验，他每次给狗吃肉的时候，狗即流口水，而且看到肉就流口水，这说明狗是健康的，具有流涎反应。此后，巴甫洛夫每次给狗吃肉之前总是按峰鸣器。于是，这声音就如同让狗看到肉一样，也会使他们流下口水，即使峰鸣器响过后没有食物，亦如此。
不过，巴甫洛夫发现，他不能无休止的连续欺骗这些狗。如果峰鸣器响过后不给食物，狗对该声音的反应就会愈来愈弱，分泌的唾液一次比一次少。但是，假如不是连续数天的试验，他们还会对峰鸣器的声音作出流涎的反应，然而已经不像先前得那么多了。
巴甫洛夫从试验中得出，几种不同的刺激都能跟峰鸣器一样起同样的反应。例如，不论是打铃还是轻微的点击，只要与食物结合起来，就会使狗“遵命”流口水。巴甫洛夫把这种非本能的反应称作“条件反射”。
巴甫洛夫的另外一个实验是，给狗喂食的同时吹哨子。重复多次以后，狗一听到哨声就分泌唾液，不过狗对各种哨声——响亮的，微弱的，高音的，低音的都起同样的反应，似乎不同的哨音在他们听起来没有什么区别。然后，实验员使用几种哨子，但是只吹一个特定的哨子才给肉吃。不久，这些狗就只对给他们带来食物的哨子声有反应了。
巴甫洛夫称食物是无条件刺激，而铃声则是条件刺激。食物引起唾液分泌是无条件反射，是狗天生就有的；而狗听到铃声就分泌唾液乃是条件反射，是根本不存在的，连续处理后才学到的。条件反射就是：原来不能引起某一反应的刺激，通过一个学习过程，就是把这个刺激与另一个能引起反映的刺激同时给予，使他们彼此建立起联系，即在条件刺激和无条件反应之间的联系。
