巴甫洛夫于1870年开始在圣彼得堡大学学习，并于1875年毕业。随后，他被任命为医学院的生理学教授，在那里他开始了他的研究工作。他最著名的实验是在狗身上进行的，他在这些实验中探索了条件反射的机制。
条件反射是指当一个动物接受到某种***时，会自动做出一个特定的反应。巴甫洛夫的实验表明，如果一只狗在进食时听到铃声，那么它会逐渐学会将铃声与食物联系起来，甚至在没有食物存在的情况下，仍然会因听到铃声而出现唾液分泌的反应。这种条件反射的发现对行为心理学的发展有着深远的影响。
除了条件反射的研究，巴甫洛夫还对消化和代谢等生理过程进行了研究。他也在神经病学和神经精神病学领域作出了贡献。他所开创的巴甫洛夫学派在苏联和世界范围内都产生了广泛影响。
巴甫洛夫还是一位社会活动家，在第一次世界大战期间他为军事医学做出了贡献，并在1920年代开始了一系列针对苏联的社会改革和医疗改革。他在1936年去世，享年87岁。他被视为20世纪最伟大的生理学家之一。
