В своем ставшем классическим эксперименте Павлов вживил в слюнную железу собаки фистулу, чтобы измерять количество выделенной слюны. Затем перед собакой ставили миску, в которую автоматически подавалась еда. Экспериментатор сначала включал свет в окошке перед собакой, а затем, через несколько секунд, в миску подавалось немного пищи, а свет выключался.
Собака была голодна, поэтому отмечалось обильное слюноотделение Выделение слюны у голодной собаки при виде пищи является безусловным (врожденным) рефлексом. Здесь нет никакого научения, поэтому еда является безусловным стимулом, а свет — вообще нейтральным раздражителем. На него собака первоначально никак не реагировала. Однако эту процедуру повторяли многократно: сначала зажигался свет, затем подавалась пища.
В результате было обнаружено, что у собаки начиналось выделение слюны сразу же при зажигании света. Более того, слюна начинала выделяться даже тогда, когда после зажигания света пища вообще не подавалась.