犬の頬に管を通し、唾液の分泌量を測定した。ベル(メトロノームやホイッスルとする文献もある)を鳴らしてからエサを与える事を繰り返した結果、ベルを鳴らしただけで唾液を出すようになった。 さらにベルを鳴らし続けると次第に反応は消えていく(消去)が、数日後同様の実験をしても犬は唾液を分泌する(自発的回復)。 当初この現象を精神反射と呼んでいたが、その後条件反射と呼ぶようになった。 パブロフは消化腺の研究で1904年にノーベル生理学・医学賞を受賞し、ロシア人として初のノーベル賞受賞者となったが、その授賞式で条件反射と無条件反射に関する演説を行ったとされる。