条件反射理论是巴甫洛夫的高级神经活动学说的核心内容；1927年他在〈大脑两半球机能讲义〉著作中全面系统地论述了条件反射活动的规律。

反射活动是神经系统活动的基本形式，反射包括条件反射与非条件反射（又称无条件反射）两类，二者最根本的区别在于；前者是后天形成的，需要特定的条件；后者是先天固有的，是长期生物进化过程中形成的。

巴甫洛夫发现，某些无关动因或中性刺激（如铃声、灯光）与非条件刺激（如食物）在出现的时间上相结合（专业术语称为强化），经过若干次训练以后，单独的中性刺激（即条件刺激）也能引起与非条件刺激相同的反应，这就是条件反射。

例如，狗见到食物开始分泌唾液是非条件反射，如果每次给食物时总是与铃声或灯光相结合，经过若干次以后，单独出现铃声或灯光也会引起狗分泌唾液，这就是条件反射的表现。由于饲养员定时给狗喂食；所以饲养员特有的脚步声就使狗开始分泌唾液。

条件反射与非条件反射相比，前者的数目是无限的，后者是有限的。条件反射扩展了机体对外界复杂环境的适应范围，使机体能够识别还在远方的刺激物的性质，预先作出不同的反应。因此，条件反射使机体具有更大的预见性、灵活性和适应性。