Сочетание сигнала с подкреплением позволяет организму набираться опыта. Выработка условных рефлексов – основа обучения, приобретения опыта. Зная набор условий, от которых зависит создание условного рефлекса, можно предписать программу поведения. Павлов доказал это на множестве экспериментов.

Свою теорию, обобщающую эти эксперименты, Павлов доложил впервые на Международном медицинском конгрессе в Мадриде в 1903 году. Он назвал ее на первых порах "экспериментальной психологией и психопатологией на животных". Однако сперва от слова "психология" отказался, даже ввел в своей лаборатории штраф за его употребление. В большинстве умов оно соединялось со словом "душа", а "душа" как объяснительный принцип, настаивал Павлов, натуралисту не нужна.

Силу своей теории Павлов видел в том, что, вслед за Сеченовым, он мыслил о поведении строго детерминистски и объективно.

Из этого вовсе не следовало, что Павлов, подобно американским бихевиористам, считал, что нужно вообще разделаться с сознанием и изгнать его, как фикцию, из науки. В этом случае он оказался бы на позициях примитивного дуализма и редукционизма (в чем, кстати, его не раз обвиняли). Это не соответствовало ни его исходному замыслу, ни его поискам путей сближения с психологией. Это видно, в частности, если обратиться к представлению Павлова о сигнальных системах как регуляторах поведения.

Воспринимаемые органами чувств сигналы вызывают в организме не только нервные, физиологические процессы. Полезное и вредное выступает в виде психических образов (первым сигналам, согласно Павлову, соответствуют ощущения и восприятия). Поэтому сигнальная функция придает рефлексу двойственный характер. Он, подчеркивал Павлов, является столько же физиологическим, сколь и психическим явлением.

Павлов ставил свои эксперименты над животными, сначала собаками, затем – обезьянами. Главная же его надежда, как заявил ученый в первом же своем сообщении об условных рефлексах, заключалась в том, чтобы наука пролила свет на "муки сознания". Это заставило Павлова заняться нервно-психическими больными. Переход от изучения животных к исследованию организма человека привел его к выводу, что следует разграничивать два разряда сигналов, управляющих поведением. Если поведение животных регулируется первой сигнальной системой (эквивалентами которой являются чувственные образы), то у людей в процессе общения формируется вторая сигнальная система, в которой в качестве сигналов выступают элементы речевой деятельности (слова, из которых она строится). Именно благодаря им в результате анализа и синтеза чувственных образов возникают обобщенные умственные образы (понятия).