巴甫洛夫在60多年的科学研究工作中，主要研究了生理学中的三个部分——血液循环、消化和高级神经活动。他在这三部分的生理学研究中，创立了许多新的研究方法，通过这些新的方法，使他完成了许多极其可贵的科学发现，进而有力地推动了整个生理学及其相关科学的长足发展。
巴甫洛夫在研究某一科学问题时，首先总是要拟订出详细的研究方法。他在《关于方法在科学工作中的意义》中说：“人们常说，科学是依赖于方法的进步程度为推动而前进的，这句话不假。方法每前进一步，犹如我们每上升一阶一样，它会为我们展开更广阔的视野，因而看到前所未有的对象。正因为如此，所以拟订方法是我们研究的首要任务。”
他的研究之所以有显著的成就，就是因为他运用正确合理的方法，把外科学的方法应用到生理学上来。他抛弃过去的急性试验法（运用活体解剖的一次实验而不采取保存动物生命的任何安全措施），采取了循序渐进的实验法（只破坏局部组织的实验法，但采取保全动物生命的措施）。从而能够系统地观察并对完全处于常态的动物进行实验。
巴甫洛夫的第一篇科学著作是有关胰腺活动研究的问题，写于1874年。由于这一著作他获得了大学的金质奖章，巴甫洛夫制订了辉煌的方法——给动物安装固定的胰腺瘘管。这一方法同过去完全不同，它能够在被实验的动物保持健康和精神振奋的状态下系统地来观察所取得的纯胰液。
当时在科学界对胰腺的作用进行了长期的不休止的争论。一些学者认为：当神经系统作用于胰腺时，就引起了它的动作，这样胰腺的活动就被认为是反射性的。另一些学者认为，胰腺的活动是经过血液的化学因素影响的结果。
巴甫洛夫在其对胰腺的进一步研究中确定了：当用电刺激迷走神经时就总会分泌出胰液来。但是不久，生理学中发现了胰液素，当它进入血液之后，就可能刺激胰腺。于是巴甫洛夫最后得出了结论：胰腺的动作既为神经因素所制约，又为通过血液而起作用的化学物质所制约。
巴甫洛夫初期的科学工作主要是在鲍特金教授的指导下研究血液循环。在这里他进行了长时间的研究，1883年写出了《心脏的离心神经》的有名的博士论文。他在该文中得出这样的结论：两对彼此分立的神经调节着心脏的活动，这两对神经相反地作用于心脏收缩律（延迟神经和加速神经）与心脏收缩力（弱化神经和强化神经）。
巴甫洛夫关于血液循环的著作成了建立现代血液循环生理学学说的基础。巴甫洛夫把血液循环器官当做是具有自己的调节机构的自我调节系统。
在这个时期的著作中，巴甫洛夫首次提出了关于神经系统在营养有机体组织上的作用的思想。他在以后的科学活动中发挥了这一思想，结果就建立了各器官的营养性神经作用的理论。他认为，与机能神经，亦即与能引起或阻止某器官的活动的神经，以及与用血管的收缩和扩张来调节血液流通的血管神经并存的还有调节组织营养的营养性神经。
全面地研究神经系统的各种活动，这些活动基本上保证了有机体生活机能的完整性与有机体各个器官之工作的精细的相互关系，是巴甫洛夫的整个研究的中心思想。
巴甫洛夫的科学研究的这一中心思想，即强调神经系统在一切生活活动过程中的调节作用，在生理学和医学中被他以“神经论”这一术语标志了出来。
1884年，巴甫洛夫获得了讲师的称号。但直到1890年为止，他的科学研究活动始终是在极端恶劣的条件下进行的。
1890年，41岁的巴甫洛夫获得了教授的称号，得到了自己的实验室，成为军医学院的药物学教授（以后是生理学教授）和实验医学院的生理系主任。
这期间，巴甫洛夫致力于消化问题的研究。为了详尽地研究消化系统的机能，他拟出了一些独特而复杂的外科手术。如：切断食道而采用胃瘘管，使胃孤立起来等。
切断狗的食道而同时安装其胃瘘管的手术是按下列方法进行的：首先给狗施以安装胃瘘管的手术，使之能经瘘管来人工喂养并收集流出的胃液。然后在颈部切断食道，被切断的食道的两端分别地使之生长在皮肤伤处的两边上，使其露到外面来。这样口腔就与胃腔隔离开了。这一手术就使得在任何时候都有可能对狗做“假饲”的实验。这时动物所摄取的食物就经食道的上孔落出，而在食物刚一进入口腔时作为其反射的开始而分泌出的胃液就可以经胃瘘管任意收集。这样就证实了神经系统在胃腺活动中的调节作用。巴甫洛夫把这些实验当做医疗实践，他培制了所获得的狗的纯胃液，把它用做肠胃系统疾病的药物。
“假饲”实验被一些学者认为是“19世纪最漂亮的实验”。但是为了正确地研究胃液分泌的规律及其在消化时的特性，首先就必须保证胃之正常的消化。而“假饲”是不能满足这一要求的。因此巴甫洛夫想到并着手研究新的手术，即形成所谓小胃，或孤立胃的方法。
解剖学和外科学的专家们都预言他一定失败。他们认为：“血管性状是与手术本身的真义相矛盾的。”但是，巴甫洛夫却获得了成功。
他在狗胃的下部区分出一孤立的小胃而保留其与胃及整个有机体的一切神经联系。将小胃与大胃如此隔离开，使食物不能进入，并使它始终不受大胃的影响。当食物进入大胃之后，大、小胃腺均分泌出胃液来，而这胃液就可由被引到外边来的孤立的小胃的开口处收集。这样就能收集到相当纯的胃液，就能够研究胃液分泌的规律及其重要的成分了。
巴甫洛夫的这些新颖而有效的手术，已成了典型的方法纳入了世界科学的宝库之中。
作为他在消化方面研究的重要总结——《主要消化腺工作讲义》于1897年出版。本书向我们展示了巴甫洛夫研究消化方面的主要成就：确定了消化腺（唾液腺、胃腺、肠腺、胰腺）的工作规律，发现了消化道各个部分相互作用的事实，并阐明了保证整个消化器官复杂活动的神经机构。
这本书问世后不久就被译成欧洲各国语言，流传于整个欧洲。各国的科学家认为：最近数十年来“就未曾有过一位研究者在岁月不算多的期间内获得巴甫洛夫书中记载的那样多的发现”，并给他以极高的评价。
巴甫洛夫关于消化系统工作的学说重新改造了全部的消化生理学。他在这方面的研究于1904年获得了诺贝尔奖金，这是对学者的最高的国际奖赏。巴甫洛夫在1907年被选为俄国科学院士。这期间的许多外国科学院和学术团体也给了巴甫洛夫各种荣誉称号。
巴甫洛夫研究高级神经活动学说，是以伊万·米哈依洛维奇·谢切诺夫的研究作为基础的。谢切诺夫在1863年发表了他的不朽著作《大脑反射》，这一著作在自然科学中开辟了一个新的时代，它在俄国唯物主义发展中有着很大的意义。谢切诺夫在这一著作中发展了在当时还是新颖的、异常勇敢的思想：整个精神生活都受到以各种不同的听觉、视觉、味觉、嗅觉及触觉刺激的形式作用于适当的感觉器官之外的影响所制约。这些刺激则沿着向心神经以神经冲动的形式传递到中枢神经的各部门并引起相适应的反应。
谢切诺夫在《大脑反射》中发挥了唯物主义的基本观点。他写道：“人类整个活动的第一原因决定于外在事物”，“不以外在环境来维持其生存的有机体是不可能有的”，“一切有意识及无意识的生活活动按其生产方式来说都是反射。”
巴甫洛夫在研究大脑机能的实验工作中，就是以谢切诺夫在科学上辉煌的革命思想为指南的。“谢切诺夫思想的天才昭示”成了鼓舞他研究的源泉。关于这一点，他本人曾不只一次地写道：“俄罗斯生理学之父伊万·米哈依洛维奇·谢切诺夫以大脑的反射为题的名著之重大影响是引起我的决心的主要动力，虽然那时还很年轻，而且并非是有意识的。这一充满了新颖思想和对思想现实的信心的影响，尤其在青年时代是那样地深刻，那样地牢不可动，而且还应该说是那样地奥妙。在这本著作中也作了一个外表极其漂亮的实际上在当时是个非凡的尝试，即纯生理地想像我们的主观世界。”
这样，谢切诺夫的著作《大脑的反射》就成了巴甫洛夫关于高级神经活动学说的起点。巴甫洛夫写道：“我把我们的研究起点归之于1863年末，即当谢切诺夫有名的《大脑的反射》问世的时候。”
巴甫洛夫已被公认为“世界第一生理学家”，这一伟大的俄罗斯科学家多年的创作几乎包括了自然科学最重要的部门——生理学的一切部分。而他在这一切部门都提供了作为先进科学的重要基础的无可估价的贡献。
然而，巴甫洛夫在科学中进行的真正的革命是他着手研究大脑两半球生理学和动物与人的高级神经活动。他把一生的30年贡献于高级神经活动学说的研究。
他在《大脑两半球机能讲义》的第一讲中，对比地谈道：“大脑两半球活动的范围是无限大的”，而两半球机能生理学的内容却是极贫弱的。他写道：“归之于两半球活动的动物的一切高级的与复杂的行为……几乎都没触及……而且也没有包括在当前生理学工作的提纲中。”他断言：只有“对动物的大脑两半球作生理学的、客观的研究才是正确地分析人的主观世界的基础”。
1903年在马德里召开的国际医学会议上，巴甫洛夫在报告中就谈到：“必须完全摆脱将一己的主观见解用来朴素地解释实验动物的反应机构，而应集中注意来研究外在现象与我们有机体反应的联系。这是首要和极其重要的任务，要站在纯客观的立场上进行研究。”
当时，在研究动物大脑中的极纤细的神经过程上的主要障碍就是缺乏适当的研究方法。因为作为高度组织起来的物质的最复杂的形式的大脑神经组织，实质上不可能用那些一般的、较粗俗的方法来研究，这些方法只能用来研究动物大脑之最一般和原始的特性。另外，在研究那些决定动物行为的大脑机能时，以往的研究者不正确地、无因由地把人的心理能力加诸动物，而竟误认为是动物所具有的。
为了克服这些障碍，巴甫洛夫首先采取了条件反射法。
他在研究消化腺的工作中就已经确定，不仅是直接进入消化道内的食物引起消化腺液的分泌，而且食物的外形也会引起消化腺的活动。不仅如此，与接受食物的动作相联系的各种刺激（如盛食物的碗，送食物的人的脚步声）都同样会激起消化腺的分泌。巴甫洛夫最初把这类分泌称之为“心理的分泌”。他认为，这种现象显然是与发生于动物大脑中的神经过程对消化腺活动的调节相关联的。
实验证明：食物直接作用于口腔粘膜就会引起唾液分泌的反应。有机体对外界刺激的这种回答性反应就是对天赋的反射。巴甫洛夫则称之为无条件反射。同时他又用大量的实验证明：经常与接受食物的活动同时出现的未分化的刺激物也会引起同样的回答性反应。有机体在个体生活中所获得的这些反应，巴甫洛夫统称为条件反射。
这些反射之所以称为条件反射，是因为它们只能在具备一些适当的条件时，即作用于动物的未分化刺激物在力量上和性质上都必须是在动物的一定特殊受纳器（如视觉、听觉、味觉、嗅觉等器官）力所能及的时候；刺激物在时间上多少要先于某种无条件刺激物（食物、酸、令人疼痛的东西等）开始作用之前（5秒～30秒）；它不应同时伴有其他外界刺激物的作用。
这样，如果有一只饥饿的狗，先用任一种声的、光的或其他的刺激物刺激它10秒～20秒钟，然后再给它一份肉麦混合粉，则在重复数次这样的程序之后，狗就会在一种单一的外界刺激物（声或光等）的作用下开始分泌唾液。这就是在无条件食物反射基础上养成的对声或光分泌唾液的条件反射。
巴甫洛夫曾证明，来自动物体表面的某一受纳器（感觉器官）之神经冲动沿着向心神经而趋向中枢神经系统，然后再从中枢站沿其他的神经纤维（离心的）进入唾液腺或其他腺的分泌细胞或进入动物筋肉的个别组织内，使工作器官发挥作用，引起有机体的相应的无条件反射活动。
动物的无条件反射在没有大脑皮质参与的时候也可能发生。如，去掉头部的青蛙就能以适当的反射运动对贴在其背上的受酸浸过的纸有反应，用爪子抓这块纸。当食物进到已被除去大脑高级部分——大脑两半球皮质——的饥饿的狗的口腔时，仍会引起唾液分泌。
下列事实可以作为人与动物的无条件反射的例子：当遇到突然的光亮瞳孔收缩，在偶尔有小粒子进入气管时为排除它而发生的咳嗽。这些无条件的，在遗传上固定起来的反射组成了各种行为反应形式的基础，而这种反应受地球上各种动物有机体的生活活动特点的制约。在进化发展的进程中某些种类的动物则主要的是依着无条件反应，即所谓的本能反应的方式形成了自己与环境的适应性的相互关系。
无条件反射是有机体对外界具体刺激所作的在历史发展的进程中固定起来的一种适应性的反应。在动物大脑两半球皮质中形成的条件反射是动物有机体对其所处的环境中之极为多种多样的刺激的比较复杂的反应。这就是该有机体对其具体的生存条件的个体适应的反应。
高等动物条件反射的神经冲动则与无条件反射不同，因为它具备着作为其中枢站的大脑皮质。巴甫洛夫已经证明，暂时的神经联系是在大脑皮质中形成的，即在大脑皮质中两个神经细胞点（中心）间神经接通和连接起来。这种神经联系的接通发生于感受着某种外界刺激（光线、声音等）的神经“中枢”与在大脑皮质内有其代表的无条件反应的“中枢”之间。
巴甫洛夫以狗的唾液腺作为观察大脑两半球皮质活动的典型对象。这一对象之所以成为巴甫洛夫研究整个高级神经活动学说的典型是因为安装唾液瘘管的手术很简便。唾腺液（耳下腺或鄂下腺）容易分泌到狗的两颊外面来，当条件刺激物和无条件刺激物作用时易于用特种表格记载唾液泌出量。
根据条件反射唾液分泌量的多少或有无的事实才有可能来研讨发生于大脑皮质内的整个神经过程的性质。我们已经谈到过：如果任何一种声音刺激总是随同饲食而发生，则在经过若干次配合之后其单独作用就会引起狗的条件唾液分泌。根据这一唾液分泌量的多少，我们就可以研讨发生于皮质细胞两个接通组间的兴奋过程的力量。
条件刺激物似乎已成为无条件刺激物的信号，从而可以看出，大脑两半球皮质活动正表现为信号活动或条件反射活动。个别的信号刺激物的生理意义可依其作用的条件而变化：它们可以同各种无条件刺激物联系起来，最后它们还可以改变自己的作用的性质，使个别器官的活动兴奋或抑制。
大脑两半球皮质神经中枢对外界刺激物的巨大的敏感性，使得必须把用做实验研究的动物隔离到专用的隔音室内，以免受到突如其来的外界的影响。这样，环绕着实验动物的环境就是不变化的。在室外的实验者就有可能用安在室内的各种信号刺激物作用于实验动物。当这些刺激物与食物或其他无条件反射配合时，就能够研究发生于实验动物大脑两半球皮质中的神经过程的基本规律。
巴甫洛夫认为，大脑两半球皮质是高级的、最复杂的相互作用的器官，是动物有机体与外在周围环境间的“均衡器官”。
为了理解组成大脑两半球皮质活动基础的复杂而细微的神经过程，巴甫洛夫本人和他的许多学生做了多年缜密而又顽强的工作，终于确立了皮质的神经细胞能够处于两种相互矛盾的状态——兴奋或抑制状态中这一理论。统一的神经过程就是在这两个彼此矛盾的生理状态的斗争中发展起来的，它是由兴奋过程和抑制过程形成的，而且在每一个一定的瞬间其中总有一个过程占优势。整个的大脑两半球皮质以复杂的、多层的动力镶嵌细工的形式表现出来，而且一些神经细胞组处于兴奋状态，而另一些神经细胞组则处于抑制状态。
每一神经细胞组或者与大脑两半球皮质的感受装置相联系，或者与动物有机体的各种工作的执行器官相联系。大脑两半球皮质细胞的兴奋就引起相应器官的积极活动，而抑制便制止这一活动。
巴甫洛夫利用条件反射法证明了：只有那些对该动物有机体具有重大意义的，而且在时间上与无条件反射相连接的阳性刺激物，才会在若干时间内逐渐地巩固起来。当长期地缺乏在时间上的重复配合时，它们就会匿迹或消失。这并不是说它们对该有机体又变成无关的东西了。其痕迹在一生中或长或短的时间内仍有作用。而当其经过一定的时间后偶尔又配合起来时，它们又会重新迅速地复活起来。条件反射在大脑皮质中巩固和消失就是我们记忆的生理基础。
扩散现象、集中现象和相互诱导现象可归结为大脑皮质内神经过程（无论是兴奋的，还是抑制的）的基本规律。
巴甫洛夫用实验证实：当兴奋过程的集中具有一定的力量时，在它以后与在它作用的同时，它会引起抑制的出现。此时跟随在该强化了的刺激物之后的另一条件刺激物就多少减低了条件反射的动力。这也就是负诱导现象。
巴甫洛夫条件反射的研究表明：像兴奋过程一样，神经中枢可能进入被抑制状态所引起的相反的状态中。这一状态就引起相应的活动器官或分泌器官的抑制或停止。当不用某种无条件刺激物来强化而重复外界作用的刺激物时，这种状态便会形成。
作为神经过程之相互矛盾的状态而发生于动物和人的大脑皮质中的兴奋和抑制，是大脑两半球皮质的辨别活动和概括活动的基础。但是，作用于有机体的周围外界中的无数刺激物并不引起皮质中枢之恒常而积极的活动和无秩序的活动。只有那些在时间上经常反复地与无条件刺激物相联系的外界的刺激物才能引起有机体的积极反应。其余的则逐渐地消失了，被抑制了。经常受不到强化的刺激物则不仅不能兴奋，反而抑制有机体的积极活动。
巴甫洛夫在条件反射研究的基础上，以许多事实确定了实验动物睡眠的条件以及有机体由清醒状态转到睡眠的各种过渡状态。当抑制刺激物在两者之间作用时，实验用的狗经常陷入嗜眠状态，有时完全沉入酣睡之中。
根据巴甫洛夫的高级神经活动学说的观点，睡眠是普遍弥漫的抑制。这抑制不仅包括大脑两半球皮质，而且也包括皮下中枢。
由此可见，如果已形成的抑制刺激物能引起某种发挥机能的神经中枢或中枢组的全面的或局部的睡眠（抑制），则正常的睡眠也就是在外界刺激物以及来自内部器官的冲动停止其对各相应的中枢作用时，皮质处于普遍弥漫的抑制状态。
巴甫洛夫在工作进程中曾确定：似睡状态或清醒与睡眠之间的状态必伴随有皮质条件反射活动的特殊变化。这时就会破坏处于作用中的刺激力与效果间的正常关系。如果在有机体处于清醒状态时，强的刺激物会比弱的刺激物引起更大的效果，而在过渡状态时就会均等起来（均等相），也可能得出与外界刺激物的力量相反的效果（反常相），或者甚至于以相反的反应来回答，即阳性的刺激物引起阴性的效果，未强化的刺激物、阴性的刺激物引起阳性的、强化的效果（超反常相）。均等相和反常相是走向超反常相的过渡状态。
巴甫洛夫对梦也有独到的研究和解释：酣睡时，当人的整个大脑皮质处于普遍弥漫的抑制状态时梦就不会出现。只是在大脑皮质处于过渡的、半睡的状态时，当外来的发挥作用的刺激物或活跃起来的痕迹（回忆）在某种程度上引起大脑皮质反常作用时，梦才会出现。梦是大脑两半球皮质的某些部分因此前获得的刺激仍继续处于兴奋状态，以至于未能全面地、深沉地和普遍地进入抑制的结果。
部分的睡眠或当时有能对比较有限的一些刺激物起反应的值班点或警戒点时，皮质底局部抑制就是催眠状态。母亲在病儿床上的睡眠就是这样，这时她对一般的，虽然是强烈的刺激物并不起反应，而仅仅是对那些与病儿有关的刺激物起反应。
在大脑皮质条件反射活动中的三个过渡时相（均等相、反常相、超反常相）也叫做催眠时相。因为它们都是发生于催眠状态影响下，即部分睡眠的影响下。
依据上述大脑两半球皮质工作的规律，就可以解释我们日常生活中众所周知的一些事实。如：人在工作一天之后，即大脑两半球皮质中枢在不断的、长时间的兴奋之后对睡眠的倾向是极其强烈的。这时在日间清醒时在大脑皮质中占统治地位的兴奋过程，由于诱导的关系，被长时间的普遍的抑制所代替。当没有强烈的外界刺激物时正常的睡眠在夜间特别容易进行。催眠性睡眠则在弱的、单调的刺激物的作用下产生。
巴甫洛夫在高级神经活动学说的基础上创立的睡眠理论是唯物主义的理论，它驳斥了对睡眠和梦所作的那种宗教神秘的、唯心主义的解释。
他通过对多数的动物进行过实验之后证实了：主要神经过程（兴奋和抑制）的发展，它们的相互联系和均衡，它们在皮质中的活动依赖于实验动物的特性。某些动物的兴奋过程占优势，而抑制过程则难于形成；另一些动物的兴奋过程和抑制过程都很强烈，而且均衡；其他一些动物两者都是很弱的。
大脑两半球皮质神经过程的灵活性，在抑制过程代替兴奋过程的可能性的意义上说，也是有区别的。在某些情况下兴奋过程可以很快地为抑制过程所代替；反之，在另一种情况下这类的代替只是缓慢地进行。
巴甫洛夫院士根据多次的观察，提议依据大脑两半球皮质中神经过程——兴奋和抑制——基本状态的力量、灵活性和均衡性来确定神经系统的四种基本类型。
两个中间类型的特征是：两种神经过程之间多多少少是均衡的，它们有相当大的力量。这两种类型彼此间的区别则在神经过程的灵活性方面。其中之一，两种过程的交替是迅速发生的，即灵活性大（多血质型）；而另一种类型的两种过程的交替是缓慢发生的，即灵活性小（黏液质型）。
两个极端的类型的特征是：在两种基本过程之间没有足够的均衡，其中之一的兴奋过程占主要的地位（胆汁质型），而另一种的特征是兴奋和抑制的神经过程都很微弱（抑郁质型）。在这些典型的神经系统类型（多血质型、黏液质型、胆汁质型和抑郁质型）之间还有一种过渡型（混合型）。
巴甫洛夫在最后生活的十多年里，以“巴甫洛夫星期三 ”为名的座谈会中曾不止一次地提醒其学生和同事们注意古代希柏克拉特为辨别人的气质所定的、极值得注意的这四种类型的气质。人们在仔细地研究狗的条件反射活动时也同样地发现了这四种气质。
巴甫洛夫在承认遗传对神经系统各类型之基本特性的发展的作用时，不止一次地指出了神经系统的可塑性（伸缩性），尤其是中枢神经系统的高级部分，其中尤以动物的大脑两半球皮质为甚。因此，外界的影响，教育的影响，在决定动物的行为方面起着决定性的作用。
神经系统的基本特性在周围条件的影响下，即在外界的影响下就会向某一方向转变和发展。例如：在自由生活的条件下的狗就会完全地发展；反之，局限于笼子内，使之处于隔离状态的狗的这些神经系统基本特性的发展就会受到阻碍。大脑皮质的兴奋过程和抑制过程是可以加以训练的，而且在一定程度上是可以有目的地加以改变的。
大脑两半球皮质的复杂而有规律的活动不仅会因实验者对神经组织的直接作用而被破坏，也可能因机能上的原因而被破坏。例如，当抑制过程和兴奋过程彼此间直接相触时，皮质的正常活动也可能会被破坏。
而在解决所谓疑难问题，例如：在把一组联合刺激由阳性的改为阴性的，以及由阴性的改变为阳性的时候所发生的就正是两种对立的神经过程的相逢。这时不以无条件刺激物（如食物）强化阳性的条件刺激物，相反，阴性刺激开始不断地强化起来。
由此可见，在一个点上兴奋过程被抑制过程所代替，而在另一个点上抑制过程又被兴奋过程所代替，有如发生着两种对立的神经过程状态的冲突。在各种实验动物身上所发生的对立过程的突然冲突，在某一定时间内就会破坏条件反射过程之正常进行，而这种破坏就是大脑神经细胞或细胞组（中枢）的病态的标志。
这种改变在强而平衡型的狗（多血质型、黏液质型的狗）身上就会引起高级神经活动短时间的破坏，在弱而不平衡型的狗身上就会引起高级神经活动长时间的破坏。正常的条件反射活动在过于强烈的或不寻常的刺激物（在实验室内实验，如引起轰然大响的声音）作用时也会发生高级神经活动的破坏。
当对立的神经过程状态冲突的时候，以及在过于强烈的刺激作用之后，大脑皮质对某些外界刺激物的反应就会是不恰当的，甚至常常是反常的。巴甫洛夫把这种人工引起的，但其神经组织之完整性未被破坏的皮质病态称之为实验性神经病。这类的神经病在时间上的继续是各不相同的，可由几天一直延续到几个月。易于兴奋的与强壮的狗在患这种神经病的时候，使用溴来医治可得到良好的效果；而对羸弱的狗则需要长时间的工间休息、完全的休息或服用少量的溴。
当机械地破坏大脑两半球皮质的时候就会引起高级神经活动更严重的破坏。一切手术上的干扰，如剔除部分的皮质，在初期它就影响到整个的皮质工作。条件反射就会急剧地抑制起来或完全消失掉。然后则依被破坏的程度如何，条件反射才又开始逐渐地恢复。
关于阐明大脑两半球皮质中的机能定位问题，通常都是用剔除大脑皮质个别部分的方法。这种方法的困难因破坏皮质正常活动的伤疤的出现而增加。虽然如此，但终于能确定剔除大脑两半球的后脑部就会破坏与视觉分析器有关的条件反射活动。经多次的实验证实了：皮质的某些部分与其他部分密切地关联着。例如：已经形成的而在动手术之后消失掉的唾液条件反射还可能在某种程度上重新恢复起来。巴甫洛夫以下列的原因解释了这一事实：即在大脑或分析器各相应部分的核心或中枢部分外还有远远地分布于大脑两半球皮质的一些分散的要素。
巴甫洛夫曾努力把许多神经病和精神病与某一种神经系统类型的特征联系起来。这类病也常常是由兴奋和抑制的相触所引起的或由极其强烈的重大的刺激所引起的。因此，使器官休息，并防止与保护其免受外界强烈的刺激不仅会给健康人，而且也会给病人带来良好的效果。
巴甫洛夫曾严肃提醒过，当打算把对动物进行试验所得的资料运用到人时须极度地谨慎，因为人的大脑皮质机能若与动物的皮质相比，是无可比拟的复杂与精细。虽说如此，他认为高级神经活动，即：高等动物与人类大脑两半球皮质的神经过程的基本规律还是有其共同性的。
巴甫洛夫在警告人们不要把这一问题简单化时着重指出，在与劳动和语言的发展过程处于相互联系中的人的形成过程中发展起来的人类大脑两半球之高度组织起来的皮质的特点。认识动物高级神经活动基本规律，利用自我观察法对比大脑皮质的各种神经过程的客观资料与被观察者的主观体验，比较实验性神经病与人的精神病过程，这就是巴甫洛夫研究人类高级神经活动的基本途径。他终于为理解作为人反映外界客观现实的、新的、特殊形式的人类语言与思维奠定了生理基础。而这个基础就是他的第二信号系统的学说。
如果各种一般的外界刺激物作用于动物和人的感觉器官，最后完全决定着动物的行为时，则人的行为仅能部分地由动物和人所共有的这些刺激物的作用所决定。
人在外在环境中的行为在相当大的程度上是由另种刺激物，即人所特有的、本质上的、团体的、社会的刺激物来决定的。这种特有的刺激物就是人类语言中的词汇。每个词都是周围外界的某一对象或关系的信号。
当我们想像着某一具体的对象时，例如：具有其一切属性（大小、花瓣的轮廓、颜色、香味等）的蔷薇，那么我们就能够限定出这些作用于人而引起相应的客观体验（感觉）的天然刺激物的整体。这就是具体的、形象思维的例子。
但引起我们相应的客观体验的也可能不是具体的对象（蔷薇），而仅仅是“蔷薇”这个词。这时“蔷薇”一词在口头上或在文字上都将是这些天然刺激物的信号。
如果具体的思维依据于现实的第一信号系统（直接为感觉器官所感受的刺激），则在第二种情况下，“蔷薇”这个词就成为第一信号的记号。因此，从自然科学的观点来看，词、言词可以被当做是在人的主观知觉（心理、意识）中反映外界客观现实的特殊的信号系统。
巴甫洛夫在其晚年，当估计到人对外界客观现实的主观反映的本质特点时，创立了他的关于第二信号系统的学说。巴甫洛夫自己论述如下：
高等动物，包括人在内，其有机体和周围环
境在复杂的相互关系上的第一机构，就是最接近于大脑两半球的皮质下及其最复杂的无条件反射，本能、倾向、情绪、感情……第二机能是大脑两半球……在那里借助于条件联系、联想而产生了新的活动原则：无数其他的动因把为数不多的外界的无条件动因信号化了，同时这些其他的动因又经常地被分析和缩合，能在该环境中完成高度的定向活动，从而具有更大的适应性……另一信号化的系统，由言词，言词的基础或基本成分——言语器官的动觉刺激把第一系统信号化了。这就是新的神经活动原则——把第一系统的无数信号抽象化、概括化了。
伟大的科学家用简短的几句话不仅把研究动物的条件反射活动规律的意义加以概括，更为进一步从生理学角度分析人类心理之复杂规律开辟了道路。
第二信号系统——言语和思维——是在人类社会生活过程的进化发展中，在劳动过程中产生的。
第二信号系统，亦即人类言语和思维之生理机构的学说的实质就在于：人不同于动物，他不仅能够以第一信号系统的形式，即在各种外界刺激物的直接作用下，主观地反映客观现实，同时也让作为第一信号（简单刺激物）标记的某种语言的词的形式反映客观现实。从这一观点来看，词就成为恰当地（相应地、完整地）反映第一信号系统信号化的一种新性质的独立信号。
由此可见，如果动物的兴奋过程和抑制过程的作用是局限于那种实现暂时条件联系的皮质和实现无条件联系的皮质下之间的相互作用，那么人的这种相互作用就是在皮质的特殊区和相应的机动中枢——言语机能集中于此处——具备时产生的。
如果皮下及其皮质的代表点，是比较简单地和一般地反映外界客观现实的一种反映形式，是个体和环境间的相互作用的一种形式的形态基础的话，那么皮质就能够更完满地实现这一机能。正常人借其皮质和皮下及其特有的反映形式——言语和思维，以极高的精确程度和完整程度来实现这一机能。
无数次地观察动物实验性神经病的发展进程和医疗进程，分析正常人的心理和临床研究神经病及精神病，并细微而深入地分析所观察到的人的第一和第二信号系统机能失常的现象，以及系统的自我观察，这一切终于使巴甫洛夫通过动物高级神经活动生理学来解释人的心理的极细微、极复杂的失常现象。他以此为神经病理学者和精神病学者指出了与人的精神病作真正科学斗争的道路。
巴甫洛夫院士在这一伟大事业中的主要的具有历史性的贡献就是他真正地以唯物主义态度研究现象。动物行为由初次用生理学的方法加以研究，而抛弃了使科学事业模糊起来的拟人观的解释。因此，也就开辟了进一步有效地研究作为心理过程的物质基础，作为复杂地和独创性地反映现实世界客观现实的思维器官的人脑活动的道路。
巴甫洛夫开创了进步的、唯物主义生理学和心理学发展的新时代。他凭着唯物主义的世界观和先进的自然科学的成就建立了大脑活动的客观规律，并且给所谓的精神活动以唯物的解释。多少世纪以来，这个领域一直被认为是不可认识的并处于宗教迷信与成见的黑暗之中，现在巴甫洛夫的光辉照亮了这个领域。
巴甫洛夫关于高级神经活动的学说是在20世纪之初生理学中两个阵营——唯物主义阵营和唯心主义阵营的残酷斗争的环境中发展起来的。它是辩证唯物主义自然科学的基础，是我们与各种唯心论作思想斗争的锐利武器。
有机体的行为对于外界条件和外界刺激物的依存性——这是巴甫洛夫学说的主要思想。早在19世纪后半期，巴甫洛夫就从俄国的古典哲学及进步的自然科学的蓬勃源泉中获得了这种思想。
伟大的俄国唯物主义者——赫尔岑、别林斯基、车尔尼雪夫斯基、杜勃罗留波夫、皮萨列夫等人的著作就是巴甫洛夫的“大学”。巴甫洛夫在他写于1904年的小传中回忆起他的思想兴趣是如何在19世纪60年代的文献影响下成熟起来的，以后又叙述了他青年时代如何在锁着的公共图书馆门前站上个把钟头，为的是能首先抓到那份有皮萨列夫论文的《俄罗斯言论》报。
巴甫洛夫对达尔文关于动物及人类起源的进化论给以很高的评价。巴甫洛夫认为达尔文“以他的天才的进化论丰富了人类的全部思想工作，特别是充实了自然科学的生物学部分”。“俄罗斯生理学之父”的谢切诺夫对于巴甫洛夫的科学思想和他的观点的形成有直接的影响。谢切诺夫是第一个对关于精神的唯心论概念加以攻击的自然科学家。
巴甫洛夫公正地评价了谢切诺夫的名著《大脑反射》，认为它是俄国思想的最大限度发挥。谢切诺夫说：精神生活全然是人间的现象，而思维、意识都是由脑所产生的。“把理智与感官分开，这就意味着把现象与本源分开，把结果与原因分开。世界是在人类之外而实际存在着，并且独自地生活着，但是人类离开感官是不能认识它的，因为感官的产物是一切心理生活的源泉。”
巴甫洛夫向前发展了这种自然科学中的唯物主义路线并使它更为深入。巴甫洛夫认为在动物和人类与外界的关系中起决定性作用的是中枢神经系统，首先是大脑。
巴甫洛夫在祖国与世界科学中最伟大的功绩就在于他在研究脑的活动时，揭露了有机体与周围环境联系的本质上的新形式——条件反射，并在这个基础上建立了一系列的动物和人类高级神经活动的生理学的规律。巴甫洛夫这种发现的本身就标志着在脑的反映活动的研究中一个新时代的开始，它扩大了辩证唯物主义自然科学的基础。
巴甫洛夫认为大脑是最重要的生命器官，它借着对外界诸刺激的精细分析与综合来调整有机体的一切最复杂的活动。它使动物和人类在其周围世界中正确地行动。大脑两半球是大脑的高级部位，是有机体与周围环境相互关系中的高级器官，它是有机体执行机能上的经常的监督者。巴甫洛夫指出它的主要作用就是反映的作用。
有机体借着脑的反映活动来调节周围环境的无数影响——机械的、化学的、温度的影响，以及气味、颜色、声音、光亮等诸如此类的影响。只要有什么东西一接触身体，冷风稍稍一吹，传来一点什么气味，小草发出一点声响或是影子一闪，有机体马上就显现出这种或那种的应答性活动。动物一会儿呆立不动，一会儿改变自己身体的位置，一会儿动动鼻子、耳朵、眼睛，一会儿很快地跳跃起来或是准备进攻、伺机袭击。
巴甫洛夫说在我们面前显现出日常的、普通的、在科学中老早就很熟悉的并称之为“行为”、“本能”、“反射”的事实。
在谢切诺夫和巴甫洛夫以前对这方面还是知道得很少。有一些人认为行为、本能、反射有赖于某种超自然的“生命力”。另外一些人企图把动物比为“理智的”机器，但是他们不能解释这个“机器”是从哪里取得“理智”的。很多人倾向于承认存在那种所谓“动物精神”。
例如法国学者、二元论哲学家笛卡儿（1596～1650）确信世界上存在着两个相反的起源——精神与物质。他写道：自大脑内部发出并组成神经核心的线索是配布在某些感官中的，因此在外界对象作用于这个器官的时候它们就能够容易地导向运动。在它们进行运动时，这些线索就延伸向它们从大脑中发出时的那些部位，借此那些位于大脑内部表面的一些小孔就打开来。那时，存在于各脑室中的“动物精神”就流到神经中去，又从神经流到肌肉中去，肌肉就使有机体运动并且指导它的行为。
谢切诺夫和巴甫洛夫指出行为、本能、反射都是在物质原因影响下按照高级神经活动规律自然发生的，这样就给予反科学的、唯心论的概念以彻底的打击。
巴甫洛夫发展了谢切诺夫关于大脑反射活动的思想，他指出脑的活动、高级神经活动都是由双重反射形成的：一种是有机体天生所具有的、从以往的世代里承受来的；其他一些是有机体在其个体生活中获得的，是在具体条件影响下获得的。
这些反射只是在一定条件下才能发生并具有暂时的性质：它们随着环境或是外在条件的改变时而发生，时而消失。
巴甫洛夫称第一种反射为无条件反射，称第二种反射为条件反射。动物借着脑的条件反射活动才能更精细地、更灵活地反应各种现象。因此就能适应于最多样化的环境，适应于它们的经常不断的变化。
无条件反射是与有机体基本生活机能的各方面相联系的：如营养、呼吸、血液循环等方面。它们是在大脑的低级部位形成的，或者换句话说就是在皮质下形成的。
条件反射是暂时反射。如果环境的大多数的刺激物与无条件刺激物是同时作用于动物，那么就会产生条件反射。大脑两半球皮质是形成条件反射的器官。
无条件刺激和条件刺激在时间上的重合是形成条件反射的基本规律。例如在给狗喂食物以前先给以某种声音或是开亮电灯，那么就能形成狗对这些刺激物的条件反射。
在同时采用无条件的（食物）和条件的（声音、光）刺激物时，在狗的大脑上就产生出两个兴奋灶，并在它们之间建立起暂时联系。
由于这些以前并不引起食物反应的声、光成为食物反射的刺激物，所以只要狗听到声音或是看到点着的电灯光就足以使狗开始分泌唾液。对狗来说，声音、光已成为食物的信号。
在动物个体生活过程中形成的每一次条件反射性暂时联系都具有某种生物学的意义。例如巴甫洛夫在实验室中有这样的事例。由铁筒的上面投下食物，通过这个铁筒把食物喂给狗吃。当狗吃食时，它会碰到这个铁筒。由于上面控制食物（肉粉）落下的活门有些毛病，所以铁筒的振动就给狗以额外的一份食物。狗很快地学会了利用这一点，它就开始自动地而且是很用力地摇出肉粉。
巴甫洛夫说无条件反射，好像成为有“视力”的，它对距离有所反应。这个事实对于有机体的生活活动和它们的发展有巨大的意义。巴甫洛夫写道：为了使人昭然若揭地相信这件事情，明了它的全部意义，值得提起一个在唾液里含有保护性的毒物的动物的事例。当敌人接近的时候，动物为它准备了相当多的一份毒物，这份毒物的作用会使敌人长久地“记得”，当然假使是它还活得了的话，这也就是说在它已经形成了条件反射。
巴甫洛夫把一切反射分为无条件的和条件的，同时他指出有机体适应活动的这两种形式是彼此紧密地联系的，而且彼此之间经常地相互影响。他认为个体获得的条件反射能够在进化的过程中转化为无条件反射。
巴甫洛夫写道：“由于许多连续世代都保持着同一生活条件的关系，就不断地转化为经常的反射了。因此，这些反射可能是对动物有机体发展起作用的机构之一吧。”
与宗教和唯心论相反，巴甫洛夫指出，精神、“灵魂”、思想的东西、心理的东西、意识、思维等等都不是以超自然的方式产生的，不是听命于某种黑暗力量，而是脑的反映（反射的）活动的严格规律的产物。按照巴甫洛夫的说法，“心理的东西”只不过是生理的、脑的反射活动的另一方面，而它也还是为了那同一的目的，帮助有机体适应于经常改变着的生理条件。
巴甫洛夫指出动物和人类心理活动是近似的。巴甫洛夫的这种论断是与恩格斯的原则相符合的。恩格斯指出：“思考活动的一切形式对人和对动物都是一般的：归纳、演绎，因而也包括抽象、分析、综合、实验。按类型来看，这些方法，也就是在普通逻辑中大家都知道的科学研究工具——在人类和高等动物完全是一样的，只有在水平上（相应方法的发展水平上）他们是有分别的。”
巴甫洛夫指出动物和人类的心理活动具有共同的生理基础。神经过程、反射过程、暂时联系形成的规律在他们都是一样的。
然而巴甫洛夫不只是看到了相似之处，他也看到了在动物的高级神经活动和人类高级神经活动之间的深刻的本质的差异。
巴甫洛夫宣称动物和人类各有其所独有的高级神经活动。
巴甫洛夫指出，在动物脑中只有在外界的直接刺激物的影响下才能发生神经联系。“对于动物来说，现实世界几乎惟一地只是以那些直接达到视觉感受器、听觉感受器和有机体的其他感受器的专门细胞的刺激，以及这些刺激在大脑半球中留下的痕迹而发出信号的”。
巴甫洛夫指出，在人类产生了受人类、社会制约的高级神经活动机制的附加物。“这种附加物是与言语机能有关的，它给大脑半球活动带来了新的原则。如果说我们关于周围世界的感觉和表象，对于我们来说，是现实的第一信号，即具体的信号，而言语，特别是那种从言语器官传到大脑皮质的动觉的刺激，就是第二信号，即信号的信号。它们是现实的抽象化，并可借以进行概括；而这种概括，就构成那种附加的，即人类特有的高级思维。这种思维首先创造了人类的一般经验，最后创造了科学——即创造了人类高度了解周围世界以及其自身的武器。”
巴甫洛夫指出第二信号系统已经成为“人类生活中最经常的并且是早已就有了的调节者”。
巴甫洛夫说，现实、抽象和概括的一切复杂形象都是在言语信号的基础上发生的。巴甫洛夫认为这些概括了的信号和最初的信号一样也会受到分析和综合。人类的抽象思维也是这样产生的，它使人类认识具有无限的可能性，它使人类社会实践扩展并深入，且使人类日益成为“自我管理的系统”。
动物的心理活动完全是由于作用于它们神经系统并为神经系统所接受的自然的、天生的刺激物所引起的。可是在人类，思想是在言语的第二信号系统及其第一信号系统的相互关系的基础上发展的。巴甫洛夫证明人类的思维是与作为一定的物质刺激物的词相联系的。
巴甫洛夫揭露了思维的生理基础，同时他证明了人类反映自然的广度与深度，不仅是制约于人类中枢神经系统借助于感官接受外界刺激的能力，而且它也是以脑的复杂的分析与综合机能形成对言语信号的复杂联系来实现的。巴甫洛夫把这种联系称为创造性的联系。这些联系发生在人类社会环境里生活和交际的过程中印到人脑中的先前刺激物的痕迹的基础上。它们是作为人类高级反映形式的抽象思维的基础。
人类反映现实的方法使人们能够表示出自己智慧的无限的力量，使人类能够深入地、多方面地认识世界，掌握住它的规律性，以人类的权威去控制自然界的自发力量。因此，巴甫洛夫指出：“人类为了生活和活动，不仅要征服地球表面，还要征服从海底深处到大气外围范围之内的一切，很容易地把巨大能量从地面的一隅带到另一隅而为他的各种目的服务，为了传达他的思想和词等等而征服空间。”
巴甫洛夫的这种主张完全符合列宁关于人类意识不仅反映客观世界，并且创造客观世界的原理。列宁说：“世界并不能使人类满足，而人类以自己的作用来决定世界的变化。”
巴甫洛夫以辩证唯物主义的观点指出我们认识的矛盾性质。他从两方面指出人类智慧的进程，一方面是“企图获得日新月异的真理”，而另一方面是“反对好像在什么地方完结知识的奢望”。
巴甫洛夫确信我们抽象的认识思维在一方面含有把思维与现实分离的可能性，在另一方面只要它能够揭露现实间的一定的联系，揭示出它们的本质和那些不能立刻直接表露出来的规律，就可以使思维接近于现实。巴甫洛夫说：“一方面词的无数的刺激使我们能远离开现实，因此我们常常应当记住，不要曲解我们与现实的关系。另一方面，劳动以及与它联系着的词却使我们成为人。”
巴甫洛夫的这些观点是与马克思主义经典著作中关于认识的连续性质以及关于认识不断深入的原理相符合的。巴甫洛夫研究了与生存条件相互联系并统一着的有机体生活的各种复杂现象，由此确定了人类及动物高级神经活动的本源及物质基础。他发现了大脑高级部分——大脑半球正常活动的许多重要规律；他阐明了脑的兴奋与抑制的原则、条件以及正常睡眠及催眠等活动；同时他也指出了使人类及动物的被破坏的神经活动恢复正常的道路及手段。
巴甫洛夫学说的最主要精髓是高级神经活动学说，它对动物和人类的心理活动进行了唯物主义的解释。这是从前的唯心主义和僧侣主义所做不到的，是资本主义思想意识所反对的。
巴甫洛夫院士高级神经活动学说已成为与各种唯心主义和僧侣主义以及与腐朽的资本主义思想意识作斗争的有力武器。
巴甫洛夫的科学著作不仅是深奥的理论著作，同时对于医学的实践也同样具有重大的意义。这些著作已成为诊断和医治许多疾病，特别是消化器官和神经系统的疾病的基础。
巴甫洛夫在晚年极端重视神经病学和精神病学的临床工作，总想用自己的理论去丰富实践。他不断地号召生理学要与医学实践结合起来。他在1897年就已经写到：临床的事实总是“新的生理学的思想和意外的生理学的事实的丰富的源泉。因此，生理学者自然也就期望生理学和医学更紧密地联合起来”。
巴甫洛夫为研究人类高级神经活动的病理学曾于1931年在神经病院和精神病院分别组织了专门的研究。巴甫洛夫和他的学生在这些医院里的工作给临床医学带来良好的影响。
巴甫洛夫在精神病院里特别注意于某些精神病所特有的麻痹、呆痴、迟钝的症状。他认为这类病是产生在羸弱的神经系统中的保护性抑制的结果。这样，他就从理论上论证了精神病的睡眠疗法。这种疗法的良好效果证实了他假定的正确性。睡眠疗法在俄国，特别是在卫国战争时期被广泛地用来医治大脑受伤害的诸病症。
巴甫洛夫在其科学著作的一切主要部门（血液循环、消化和高级神经活动）中都贯穿了理论与实践统一的原则。他是我们先进的学者的榜样。他以自己的全部的科学创作去解决生活本身所提出的艰巨的任务。
巴甫洛夫在列宁格勒第十五届国际生理学者会议的招待会上所作的讲演中着重指出：
自然科学及其实践的工具、技术是人类的主要力量。它从无限丰富的自然界中引出一切人所需要的、有用的和引以为快的东西。但这还不够。如果我们经常病弱无力，那么这些自然界的宝藏对我们又会有什么用呢？为要利用这些宝藏，为要享受这些宝藏，我们就必须是健康的、强壮的和聪慧的。我们是自然的高级产物，是自然的最复杂和最细致的一种系统。为使这个系统不受损伤，保持其完整，就需要知道它的机能。我们的作用或我们这一部分自然科学，必须给予我们这些知识的生理学就表现在这里。生理学越发展，它就会越完全，越圆满地教导我们怎样正确地、有益地和愉快地工作、休息、饮食等等。但还不仅此。它也会教导我们如何正确地思想、感觉和希望。这也是我们的任务。
巴甫洛夫把生理学看做是一门必须全力为人类服务的科学。他是一个伟大的爱国者，他把自己的一生贡献给了祖国。他曾说过：“无论我做什么，只要是力所能及，总是在想着首先为自己的祖国服务。”他写道：“当我在外国人面前演讲时总是感觉到一种激动的心情。当你意识到你是一个俄国人，你的每一点滴的事情都会给国家带来益处或害处的时候，这种感觉会达到令人难以相信的激烈程度。这种感觉在我的内心总是强烈的，现在我是更其深沉于这种感觉中……只有不学无术的人才不会感受到那种壮丽、雄伟的祖国的感情。”
巴甫洛夫的心情与祖国息息相关，社会生活的一切现象都刺激着他。沙皇制度在日俄战争中的失败引起他的反感。当时他说道：“现在也只有革命才能够有力量来结束腐朽的专制制度。已把国家拖到这种耻厚地步的人是绝不可能再来执政的。”
1917年4月6日，巴甫洛夫在写给第一届俄国生理学者代表大会的贺信中，表明了他对专制制度的反对立场和在1917年2月革命后的政治倾向。他写道：“我们刚刚才脱离了暗无天日、难以喘息的时日，只要跟你们讲一下也就会知道的。我们这次的会议起初未被允许召开，直到组织委员会的委员们保证在会议上不作有任何政治性的决议时才被允许。但必须要向市警察局局长呈递科学报告的主题……但这终究是过去的事情了，我们希望这种时代不会卷土重来。”
祖国困难时期，巴甫洛夫想国家之所想，不仅不向国家伸手，而且在一些经费和物资上谢绝了国家给他的补给。
巴甫洛夫引以为自豪的是：在伟大的十月社会主义革命之后，科学在俄国获得了空前的繁荣。他深深地认识到他自己和所有的科学家对祖国对人民所肩负的责任。
巴甫洛夫在第十五届国际生理学者会议的演讲中对代表们说：“科学在我的祖国是占着怎样优异的地位，这是诸位所耳闻目睹的。我仅打算举一个例子来说明在我们的国家政权与科学之间是交织着怎样的关系的：作为科学机关领导者的我们经常感到的是，为不至于辜负政府拨给我们的一切资金而感到局促不安。”
巴甫洛夫尤其对社会主义建设在俄国非凡的胜利而感到高兴。他说道：“目前在我的祖国正进行着规模宏大的社会主义改造，贫富间的鸿沟已被消灭了，但我很想一直活到看见这一改造完成的最后结果为止。”
巴甫洛夫是自己祖国的忠实的儿子，苏维埃国家的伟大公民。他说：“意识到自己是我国的公民是愉快的，因为在我国科学居于首要的与最荣誉的地位，应该为祖国而感到非常骄傲，这里是如此的关怀并广泛地鼓励科学文化的进步……我已经老了，然而很幸福，因为我能为我的可爱的祖国的福利及全人类的幸福而工作。”
作为一个最真诚的人民热爱者，他说：“以前科学与生活脱节，与人民隔离，而现在我看到的是另一种情形：科学为全民所尊敬与重视。让我们高举酒杯为世界上惟一的政府干杯，只有它才能够将这个付诸实现，只有它才如此重视科学并热情地支持科学。”
1936年2月27日，伊凡·彼得罗维奇·巴甫洛夫与世长辞了，享年87岁。
美国科学家肯侬在电报中写道：“世界生理学无冕之王去世，后代人将把他的名字和消化过程及脑的最复杂机能方面的革命性发现联在一起。所有知道巴甫洛夫的人都称颂他并热爱他。他，这位最有天才的人，将长久地留在人们记忆之中。”
英国伟大的科学家烈捷尔福德，获悉巴甫洛夫逝世的消息写道：“虽然我不是一个生理学家，而是一个物理学家，然而，我不能不承认，巴甫洛夫院士的死给科学带来了何等巨大的损失。在一切国家内都将惋惜这一损失。巴甫洛夫院士是非常卓越的生理学家，他对科学的发展有很多的贡献。他关于条件反射的研究工作引起了全世界的赞扬。”
法国卓越科学家喇皮克写道：“巴甫洛夫之死，这是国际生理学的哀痛消息。我深爱巴甫洛夫。他不仅以他的贵重的著作，而且还以他个人的品格而出类拔萃。他是我们共同的教师。”
在那个时代的俄国科学家中，没有一个人像巴甫洛夫这样大名鼎鼎。他被世界上130多个科学院、学会选为名誉院士与名誉会员。巴甫洛夫的名声不仅传遍了整个俄罗斯，而且也传遍了全世界。
伟大的科学家伊凡·彼得罗维奇·巴甫洛夫永远活在俄罗斯人民和世界人民的心中！
