Иван Петрович Павлов родился в 1849 году в семье священика.
Детство и юность Ивана Петровича прошли в Рязане.
Павлов прошел начальный курс духовной семинарии.
Затем Иван Петрович поступил в рязанское духовное училище, где преподавалось не только богословие, но и другие предметы.
В 1864 году Иван Петрович Павлов окончил духовную семинарию и поступил в духовную академию.
Через некоторое время Иван Петрович ушел из духовной академии и поступил (в 1870 году) на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета.
В университете Иван Петрович Павлов занимался изучением секреторной иннервации поджелудочной железы (в лаборатории физиолога И. Циона). За это исследование Павлову присудили золотую медаль университета.
Став кандидатом естественных наук, Иван Петрович поступил в 1875 году сразу на третий курс Медико-хирургической академии. За работы, сделанные Павловым за время учебы, он получил вторую золотую медаль.
В 1883 году Иван Петрович Павлов защитил диссертацию (про нервы, контролирующие функции сердца) и получил степень доктора медицины.
Занимаясь системой кровообращения Павлов выяснил, что существуют особые нервные волокна, усиливающие работу сердца, влияющие на обмен веществ в сердечной мышце, регулирующие работу сердца. Этими исследование было положено начало учению о трофической нервной системе (нервных волокнах, регулирующих обмен и питание тканей).
В 1870 году Иван Петрович Павлов приступил к экспериментам, касающимся пищеварительных процессов. Эти исследования Иван Петрович проводил больше двадцати лет.
Дальше Иван Петрович поехал в Лейпциг, где работал совместно с известными физиологами К. Людвигом и Р. Гейденгайном.
В 1885 году Иван Петрович Павлов вернулся обратно в Россию.
Практически все свои эксперименты Иван Петрович Павлов ставил на собаках. Чтобы исследовать функции поджелудочной железы он разработал такую операцию: вывел наружу проток поджелудочной железы, создав постоянную фистулу. Вырезав у собаки участок двенадцатиперстной кишки в месте, где в нее впадает проток поджелудочной железы, Иван Петрович вывел этот участок наружу, вшив его в кожу живота. После этого желудочный сок стал попадать не в кишку, а в специальный стаканчик.
Еще один эксперимент Ивана Петровича: перерезать пищевод, и вшить оба его конца в кожу. После этого пища перестает попадать в желудок, хотя желудочный сок продолжает выделяется, поскольку собака жует и глотает.
Кроме этих двух Павлов делал еще и следующую операцию - создавал у собаки два желудка. Из выкроенного лоскута Иван Петрович формировал второй, меньший желудок. Большой и маленький желудки между собой не сообщались, но (поскольку лоскут не был полностью отрезан), между желудками оставались нервные волокна и кровеносные сосуды. Края маленького желудка вшивались в кожу, и из него, когда собака ела, капал желудочный сок - точно такой же по составу, какой выделял большой желудок.
Метод, который Иван Петрович Павлов применял для исследования пищевариения дал результат - было доказано, что каждый из отделов пищеварительной системы вносит в процесс переваривания дополнительные вещества, расщепляющие белки, жиры и углеводы на всасываемые компоненты. Павлову удалось выяснить назначение каждого органа.
Результаты своих исследований Иван Петрович изложил в книге "Лекции о работе главных пищеварительных желез".
В 1904 году Иван Петрович Павлов был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине "за работу по физиологии пищеварения, благодаря которой было сформировано более ясное понимание жизненно важных аспектов этого вопроса", став первым нобелевским лауреатом среди ученых России.
Несмотря на такие большие заслуги в области пищеварения, Иван Петрович является автором учения о высшей нервной деятельности.
Во время изучения работы слюнных желез Иван Петрович Павлов заметил, что у собаки слюна выделяется не только при виде пищи, но даже при звуке шагов человека, который ее приносит.
Из этого Павлов сделал вывод: слюна выделяется в ответ на определенное раздражение. Так Иван Петрович открыл условные рефлексы.
Для появления условного рефлекса необходимо, чтобы в коре головного мозга установилась связь между двумя раздражителями: условным и безусловным. Если собака видит пищу (безусловный раздражитель) и при этом слышит звон колокольчика (условный раздражитель), то при многократном повторении комбинации "пища+колокольчик" в коре головного мозга собаки устанавливается новая рефлекторная дуга. После этого слюна выделяется, стоит только собаке услышать звонок колокольчика.
Условные рефлексы могут возникать и в более сложных случаях - если зажигать свет перед звонком, свет, звук и пища соединятся в новый условный рефлекс.
Безусловные рефлексы одинаковые у всех животных вида, а условные - разные.
Система условно-рефлекторных связей, формируется в коре больших полушарий головного мозга и называется первой сигнальной системой.
В 1936 году Всемирный конгресс физиологов присвоил Ивану Петровичу Павлову титул "старейшина физиологов мира".
27 февраля 1936 года Иван Павлович умер от пневмонии.
Иван Петрович Павлов был избран членом 22 академий наук и почетным членом 28 научных учреждений.