Ivan Pavlov là nhà khoa học người Nga đầu tiên miêu tả quí luật học tập cơ bản này. Minh chứng nổi tiếng là việc ông liên tục rung chuông trước khi cho chó ăn trong phòng thí nghiệm. Sau cuộc huấn luyện, các chú chó sẽ chảy nước dãi mỗi khi nghe thấy tiếng chuông. Thí nghiệm này chứng minh đám chó đã học được cách liên hệ giữa hai tác nhân kích thích: Cái chuông và thức ăn. Cách học kiểu liên kết này được gọi là phản xạ “có điều kiện”, hay phản xạ Pavlov. Phản xạ có điều kiện không chỉ xảy ra ở chó, mà ở mọi sinh vật từ sên biển tới con người.

Điều này rất quan trọng bởi dù là một trong những dạng học hỏi đơn giản nhất nhưng phản xạ có điều kiện cho phép chúng ta dự đoán và lường trước những gì sắp trải nghiệm. Đây cũng là điểm khởi đầu giá trị cho các nhà thần kinh học quan tâm tới cơ sở sinh học của kí ức. Các lí thuyết về phản xạ có điều kiện mô tả cách liên kết giữa hai tác nhân kích thích mạnh lên hay yếu đi phụ thuộc vào tần suất chúng diễn ra cùng nhau, tốc độ tác nhân này xảy ra trước tác nhân kia, và liệu có tác nhân nào khác tham gia hay không.

Chú ý rằng phản xạ có điều kiện không giải thích một con vật làm gì – nó miêu tả tình huống mà các kích thích gây ra hành động, bỏ qua bản thân hành động đó. “Điều kiện hóa từ kết quả” là đối trọng với phản xạ có điều kiện, miêu tả tình huống xảy ra kích thích (ví dụ: Thức ăn) phụ thuộc vào hành vi của con vật (ví dụ: Nó có cầu xin hay không). Điều kiện hóa từ kết quả được cho là miêu tả phạm vi học tập rộng hơn phản xạ có điều kiện.