Іван Петрович Павлов, учень Сєченова, був основоположником російської школи фізіології. Іван Петрович Павлов створив матеріалістичну теорію єдності організму і виявив його нерозривний зв'язок з навколишнім середовищем. Павлов належить до числа найбільших корифеїв науки; він поклав початок новій епосі в біології та медицині.
Павлов народився в Рязані в 1849 році. Закінчив місцеву духовну семінарію і вступив на природниче відділення фізико-математичного факультету Петербурзького університету, де спеціалізувався в області фізіології тварин. У 1875 році, закінчивши університет, Павлов вступив до Військово-медичну академію. Він прагнув стати лікарем і фізіологом. Після багатьох років напруженої праці і після лікарської практики в клініці професора Боткіна, студентські мрії Павлова здійснилися. Він був призначений відразу на дві посади: професора фізіології в Петербурзькій Військово-медичної академії та керівника фізіологічного відділу Інституту експериментальної медицини. Використовуючи наукове оснащення лабораторій інституту і маючи в своєму розпорядженні матеріальними засобами на проведення досліджень, Павлов розгорнув науково-дослідну роботу в великих масштабах.
Але він зовсім не порвав зв'язку з клінікою, так як вважав, що явища вивчені фізіологією вимагають практичної перевірки. Саме наявність нерозривного зв'язку теоретичних досягнень фізіології з практичної клінічної медициною, якраз і характеризують дослідження Павлова, вигідно відрізняючи його метод від усіх колишніх до нього шкіл фізіології.
Наукову роботу Павлов почав з дослідження кровообігу. Він довів, що регулювання діяльності серця і кровоносних судин здійснюється на основі рефлекторної діяльності. Потім почав дослідження травної системи, в ті часи найвідсталішої області фізіології. Павлов, в основному, цікавився «психічним» порушенням травних залоз, характерним прикладом якого є виділення слини у тварин при одному тільки вигляді їжі.
Для проведення дослідів необхідна була спеціальна операція на органах травного тракту, яка давала можливість вести так званий «хронічний досвід» і вивчати діяльність травного апарату на здоровому тварину. Павлов майстерно опанував техніку таких операцій. За дослідження в області діяльності травного тракту Павлов в 1904 році був удостоєний Нобелівської премії. Це послужило стимулом для досліджень Павлова по фізіології центральної нервової системи, чому Павлов присвятив всю свою решту життя. За тридцять п'ять років діяльності в цій області Павлов розробив сучасну теорію вищої нервової діяльності, фактора, від якого залежать всі прояви життя.
Коли на початку нинішнього століття Павлов почав дослідження роботи головного мозку, було відомо, що психічні процеси випливають з діяльності кори головного мозку, причому серед вчених вже панував погляд, висловлений Сеченовим, про рефлекторному характер цієї діяльності. Павлов показав, що всі психічні явища виникають виключно в клітинах кори головного мозку. Рефлексом називають реакцію організму на роздратування будь-якої його частини. Наприклад, рефлексом є виділення слини при надходженні їжі в рот. Павлов довів, що слиновиділення у собаки, викликане одним лише виглядом їжі, теж є рефлексом, але різняться від звичайного рефлексу. Справа в тому, що цей вид рефлексу не є вродженою здатністю, але виникає протягом життя індивіда, внаслідок придбання відповідного досвіду. Якщо годувати щенят одним тільки молоком, вони ніяк не реагують на вигляд інших видів їжі, слиновиділення з'являється тільки при вигляді молока. Однак досить кілька разів погодувати щенят м'ясом, як у них слиновиділення з'являється при вигляді м'яса. Такий придбаний рефлекс Павлов назвав умовним рефлексом, на відміну від рефлексу безумовного, природженого.
Умовні рефлекси можна викликати за допомогою різноманітних стимулів. Отже, слиновиділення у собаки можна отримати за допомогою стимулу, що не має нічого спільного з показом їжі, наприклад, запалюючи світло електролампи: досить кілька разів запалювати лампу під час подачі їжі, як один тільки вигляд запаленою лампи викличе необхідний рефлекс, тобто слиновиділення.
Є ще одна різниця між умовними і вродженими рефлексами. Останні виникають у всіх частинах центральної нервової системи, тоді як місце порушення умовних рефлексів знаходиться в корі головного мозку. Механізм виникнення умовних рефлексів відрізняється складністю і складається в освіті тимчасових з'єднань різних ділянок кори головного мозку. Різні причини можуть викликати ослаблення умовних рефлексів і навіть повністю припинити їх. Число умовних рефлексів, що виникають в мозку тварини в міру накопичення життєвого досвіду, дуже велике. Але частина з них з часом зникає. З величезної кількості експериментального матеріалу, отриманого Павловим, випливає, що між процесами збудження і гальмування, що відбуваються в корі головного мозку, відбувається безперервна боротьба. Без цієї боротьби, без безперервного виникнення нових і зникнення колишніх умовних рефлексів, життя було б зовсім неможлива. На відміну від тварин, у людини умовні рефлекси виникають не тільки при фізичних подразників, але і при словах, що визначають назву подразників. Відповідно до номенклатури, прийнятої Павловим, слова є другою сигнальною системою, на відміну від першої сигнальної системи, якими є речові подразники. Свідомість людини і його здатність до мислення тісно пов'язані з розвитком мозку і другої сигнальної системи. Павлов помер в 1936 році. Він залишив заповіт, основа якого складається з висловлених ним колись слів: «Необхідно вивчити природу, щоб показати людству шлях до справжнього, повного і міцному щастя».