巴甫洛夫出生在一个贫穷的教士家庭里。他的父亲虽然身在宗教界，却喜欢读非宗教内容的书刊，为此被当地的教徒们指责为“自由思想家”。
但父亲的嗜好却给他的孩子们树立了好榜样，父亲的破书架成了巴甫洛夫接触社会与自然知识的起点。父亲支持儿子广泛浏览，但规定每本书必须读两遍，读后要能够提出问题，给出答案。在父亲的严格要求下，巴甫洛夫不仅增长了知识，还养成了独立思考与钻研的习惯。
15岁那年，巴甫洛夫在父亲的旧书架上翻到了英国生理学家路易士的一本着作《日常生活的生理学》，这本书写得通俗易懂，一下子就把巴甫洛夫吸引住了，激发起他对生理学的极大兴趣。巴甫洛夫日后能和生理学结下不解之缘，就起因于这本小书，所以他将这本小册子像宝贝一样珍藏了一生。
巴甫洛夫在家乡读的是神学院，但随着眼界的开阔，他对神学那一套越来越不感兴趣了，打算改学生理学。这一天，他找到父亲，把自己的想法跟父亲说了。父亲建议他神学院毕业了再转学，巴甫洛夫却低声而肯定地说：“我不能浪费时间了，爸爸。我有很多事情急需知道。”
父亲问道：“你急需知道些什么呢？”
“我特别想知道人体的构造是怎样的。我要使人类变得更健康，又聪明又幸福。”
父亲不禁为儿子的理想所打动，但还是有些担心地问道：“你很有胆量，你也很敢想，但是你能实现你的理想吗？”
“我已经下定决心了，爸爸，我会下苦功夫的。”
父亲尊重孩子的兴趣，也看得出儿子的话是经过深思熟虑的，于是站起身来，高声说道：“好吧，我祝你成功！”1870年，21岁的巴甫洛夫带着一张贫困证明书，进入了圣彼得堡大学攻读生理学。经过四年的刻苦学习，他毕业时获得了金质奖章。毕业后他出国深造，有幸与当时最杰出的生理学家们在一起从事研究。回国以后，他进入圣彼得堡军事医学院任教，并在这所学院中度过了40多个年头。
在大学读书期间，巴甫洛夫就选择了研究消化系统的生理状况这个课题，开始长时间地观察动物体内的消化活动。要想做动物实验，首先就得有动物，巴甫洛夫想用狗来做实验，却买不到狗，就决定自己捉野狗。野狗跑得飞快，很难抓住，就是抓住了也会被咬得鲜血直流。于是巴甫洛夫就开始每天练习跑步，结果练成了短跑健将，再去抓野狗就容易多了。
从1888年起，巴甫洛夫开始做着名的“假饲”实验。为了观察狗的消化过程而不影响狗的正常生理活动，他绞尽脑汁，设计出了巧妙的瘘管法：把狗的食道在颈部中央割断，然后小心地将割断的两端都引出体外，并缝在皮肤上。他先让狗饿上一段时间，然后把狗拉到实验室里，在它面前放上一盘鲜肉。饥饿的狗一见到鲜肉，便贪婪地大口吞进去，咀嚼了几下就咽下去了。当然，这些肉进不到它的胃里，因为它的食道已被切断了，不一会儿，咽下去的肉又掉到了食盘里。
这只狗徒劳地吃了四五分钟后，奇怪的现象出现了，从通向狗胃的一根橡皮管子里流出了大量的胃液。这个实验充分证明，当食物还没有进入胃的时候，胃就具有分泌胃液的机能了。
20世纪初，巴甫洛夫又开始研究高级神经活动，还是拿狗做实验。他给一条狗动了手术，在它的腮上开个小孔，把一根细细的导管安在它的唾液腺上。当狗吃东西流唾液的时候，一部分唾液就通过导管流到了外面。
巴甫洛夫发现，只要食物落到狗的口中，它就会分泌出唾液来。如果食物是湿的，分泌的唾液就少些；如果食物是干的，分泌的就多些。这种反射活动不仅狗有，一切动物生来就有，巴甫洛夫称它为非条件反射。
在后来的实验中，巴甫洛夫又发现了一个非常重要的现象，除了食物刺激口腔会引起狗的唾液分泌以外，其他的刺激，比如光、声音等的刺激，也能引起狗的唾液分泌。因为这种反射是有条件的，所以巴甫洛夫称它为条件反射。
为了通俗而形象地说明这种现象，在一次实验时，巴甫洛夫举起一只柠檬，对观看实验的学者们说：“诸位都知道这是柠檬，我不准备把它送到你们口中，只是让大家看一看……”
说到这里，所有在场的人的口中都流出了口水，许多人不自觉地咽了一下，还笑出声来。
巴甫洛夫接着说：“诸位并没有吃到柠檬，却流出了口水。这是因为诸位以前都吃过柠檬，知道它很酸，所以一见到它就流出了口水。”
巴甫洛夫的发现看似简单，却经历了漫长而又艰苦的实验过程，而在当时，很多人对它的原理和意义还不了解。一次上课时，一个学生突然举手起立，朗声问道：“请问巴甫洛夫教授，什么是条件反射？”
巴甫洛夫轻轻地笑了一下，给大学生们讲了一个他小时候的故事。当时梁赞城里有户人家养了一条狗，主人怕这条狗乱跑，就用一根很粗的锁链把它锁了起来。这一天，巴甫洛夫和几个小伙伴从这户人家门口经过，那条狗拼命地冲着他们狂吠，孩子们远远地躲了起来，谁也不敢接近它。巴甫洛夫却没有跑，而是慢慢地靠近那条狗，还把它的锁链打开了。奇怪的是，它不仅没有咬他，反而温顺地摇着尾巴，接受巴甫洛夫的抚摸。
巴甫洛夫讲到这里，略微停顿了一下，向大学生们问道：“你们知道这是为什么吗？”
学生们摇摇头，瞪着眼睛，静等教授的下文。
“当时我也不知道原因，现在我才明白了。套上锁链，对那条狗来说是一种刺激，也就是一种条件。这种条件引起了它保护自己的反射，因此它就变得异常凶恶。一旦打开锁链，消除了这种条件，不再引起它保护自己的反射，因此它就变得温顺起来了。”
巴甫洛夫关于条件反射的研究，使他在心理学界获得盛名，但是他从心底反感当时的心理学，认为它研究的都是仅凭主观臆断推测出来的东西。他甚至威胁说，如果有谁胆敢在他的实验室里使用心理学术语，他将毫不留情的开枪将他击毙。直到弥留之际，他还念念不忘地声称自己不是心理学家。尽管如此，由于他在心理学领域里做出的重大贡献，人们还是违背了他的“遗愿”，将他归入了心理学家的行列。
巴甫洛夫对于学术研究十分专心，从来不饮酒，不打牌，不应酬，把所有的时间和精力都投入到科研中去。当年他结婚时，就同妻子做了一个约定，家里的事情他一概不管，而妻子不能干涉他搞研究。但他也不是那种不懂生活的老古董，每年暑假他都要陪妻子到乡下度假。
退休后，巴甫洛夫仍然每天乘电车上下班，有一次电车尚未停稳，他就从车上跳下来，结果跌倒在地。路旁的一位老妇人认出他来，不禁惊叫道：“天啊！看这位天才的科学家连电车都不会搭！”
科学家逸闻
珍贵的宝石
巴甫洛夫曾经讲过这样一个小故事：一天夜里，一位巴格达商人正走在黑漆漆的山路上，突然，一个神秘的声音传进他的耳朵：“弯下腰，请多捡些小石子，明天会有用的！”那个商人将信将疑，但还是弯腰捡起几颗石子，装进口袋里。到了第二天，他从口袋里掏出“石子”一看，不由得大吃一惊，昨晚捡的“石子”竟是一块块亮晶晶的宝石。商人后悔不迭：早知道这样，昨晚为什么不多捡一些呢？
讲完这个故事后，巴甫洛夫意味深长地说：“教育就是这么回事——当我们长大成人之后，才会发现以前学的科学知识是珍贵的宝石，但同时，我们也会觉得可惜，因为我们学的毕竟太少了！”
科学家逸闻
巴甫洛夫很忙
巴甫洛夫病入膏肓的时候，他没有像一般人那样忙着写遗嘱，分财产，交代后事，而是在密切地关注着自己越来越糟糕的身体情况，不断地向坐在身边的助手口授生命衰变的感觉，他要为一生至爱的科学事业留下更多的感性材料。一些好友知道巴甫洛夫病重，都争着来探望他，却被他不近人情地拒之门外。他吩咐身边的人对外传话说：“告诉他们，巴甫洛夫很忙……巴甫洛夫正在死亡。”
