动物实验两种不同的行为主义原理：自然学习原理（鸡在某种特定的颜色与有甜味的玉米芯回报之间产生联想，猫在踩上踏板与逃脱和食物之间产生联想）和调节形成原理（狗在听到节拍器的声音时产生唾液，这是与人工形成的唾液反射相联系的刺激）。这些原理是由两位有不同背景、不同培训和不同性格的人发现的，一位是聪明而专心致志的心理学家，另一位是生理学家，他瞧不起心理学，并怀疑它是否可以被叫做一门科学。
第一位是爱德华·李·桑代克（1874－1949），他是位心理学家，可是，他的兴趣范围如此普通和多样，一些史学家把他列入机能心理学而不是行为主义学者，而他本人则认为他哪种都不是。除开一年之外，他一辈子都在哥伦比亚大学师范学院进行漫长的心理学研究工作，他写了50本书，450篇讨论教育心理学、学习理论、测试和测量、工业心理学、语言获取和社会心理学的文章。作为额外的工作，他还编辑了一些非常稀罕的材料，如学生常见的2000阅读用英语词汇教师手册，按学生希望生活其中的欲望等级编定的美国城市列名，还有一本极受欢迎的字典。可是，我们对桑代克的兴趣集中在他作为一名研究生时所做的工作上，当时，他颇有行为主义者的势头，只不过后来他才产生异议罢了。
桑代克出生于麻塞诸塞，是位循道宗牧师的儿子，作为一个孩子，他其貌不扬，孤独，很害羞，只有在学习中才能找到乐处。他特别有天赋，高中的成绩一直处在前一二名，1895年从卫斯理大学毕业时，获得了50年来最高的平均成绩。他觉得基础的心理学课程很无聊，而詹姆斯的《心理学原理》教程却很有趣。他去哈佛继续研究生工作，计划学习英语、哲学和心理学，可是，听了詹姆斯的两次课以后，他就完全迷住最后一门课程了。
尽管对詹姆斯非常崇敬，他却选了一个非常没有詹姆斯特色的课题“鸡的直觉及智力行为”。在他后来的生活中，他说，当初的动机只是“主要为了满足获取学分和毕业文凭的需要……当时明显没有对动物的特别的兴趣”。也许吧，可是，确凿无疑的是，一位害羞的人（他当时就是这样一种人）会觉得与动物交往比跟人打交道容易些。詹姆斯同意了这个选题，桑代克就买了一群鸡，因为实验室太小，他就把鸡关在自己屋子里，直到愤怒的房东命令他把鸡弄走为止。当他把麻烦告诉詹姆斯时，詹姆斯就让他把鸡关在他自己家的地下室里，这远远超出了一位教授的责任。
桑代克在那里用厚厚的书本堆成了一道迷宫，有三条死路，第四条路可以通往邻近的一个开口处，那里有一些食物、水和其它的鸡。当他把一只鸡放入迷宫时，它会在死路里转来转去，大声地吱吱叫，直到碰巧找到出口。当他一次又一次地放回去实验时，慢慢就学会较快地找到出口。很明显，这里没有什么智力行为包含在内，只有一些简单得多的东西。按桑代克的说法：
鸡在面对孤独和封死的墙时，其反应方式与在类似自然环境中可以使其逃脱的行为差不多。其中的一些行为会引导它得以成功，因之而来的快乐会使它记住这些动作。而没有导致快感的一些行为就都被忘记了。
这些话里潜埋着行为主义理论的种子。
次年，桑代克追求一位年轻漂亮的女人未果，思来想去只得远离剑桥为妥。他转学到哥伦比亚大学去完成博士学位。指导教师是詹姆斯·麦克金·卡特尔，当时这位教授正在进行通过人体测验来测量智力的研究。桑代克尽管后来也进行过精神测验，但为了完成博士论文，他只得继续进行自己的动物学习研究。他用水果箱和蔬菜箱做了15个样式各个不同的迷宫，就在大学的一幢旧楼的阁顶上进行猫（及几条狗）的研究，以了解他们学习如何逃脱的能力。
他的猫在有些箱子中可以通过一个简单的行动来逃脱：踩上一个踏板，按一个按钮，或者拉一卷绳子。在另外一些箱子中，要想逃脱就得进行多重的动作，比如拉绳子，然后移动一根根子。在其中一项实验中，只要猫舔一下自己或者抓一下自己，桑代克就把门松开。在狂热雄心的驱使下——他决心花5年的时间攀上本行业的顶峰——他极为勤奋地工作，仅在不到一年的时间内，他就得出了大量成果，致使业内权威都立即承认了这些发现的重要性。1898年1月，纽约科学院邀请他在一次学术会议上讲解他的成果，6月，《科学》杂志发表了他就自己的工作写的一篇论文；他的毕业论文成了这年较晚时期《心理学评论》上的专题论文。美国心理学协会邀请他在12月份的年度会议上作了报告。尽管桑代克的实验发现很简单，可是，其含义却极为重要。首先，猫没有通过推理或者洞察力来学会逃跑；反过来，它们是经过试误法来慢慢消除无用的动作，然后在合适的动作和所欲求的目标之间建立联系。看见一只有经验的猫如何逃跑，或者让桑代克抓住它们的爪子去松开箱子做的门，它们从中什么也学不到。如果逃脱只需要一个反应，所有的猫都能够学会逃脱，可是，有半数以上的猫在需要两种反应的时候都没有学会如何逃脱。
根据所有这些情况，桑代克形成了一个“联系法”的理论，它以两大学习定律表达出来。
第一条定律是效应律。迷箱是一个刺激，它会激发一系列反应；大部分的效应都是“无快感刺激”（无法逃出，或者取到食物），可有一个是“快感刺激”，它会得出逃脱和食物两个好处。无快感刺激和快感刺激会有选择地“刻划”（或者，按桑代克后来的说法“强化”）某些刺激——反应联系，并减弱或者消除其它的联系。任何动作的效应因而就决定了它是否成为对一个既定刺激的反应。
第二条定律叫做锻炼律。如果其它方面是平等的，则“一个反应会根据其与当时的情景相联系的次数，以及这种联系的强度和历经的时间长度的比例，与一个刺激产生更为强烈的联系”。
桑代克的专题论文立即对心理学思想产生了影响。它把以研究为基础的新意义赋予旧的联想主义哲学概念；它给西·劳埃德·摩根认为有较低的尺度来解释脑部作用时就没有必要假设较高作用的著名论断提供了令人信服的证据。在接下来的半个世纪里，他所创立的动物实验方法成了大多数学习研究的模式。
尽管后来的研究者们（包括桑代克本人）多少修正了效应律，并极大地完善了锻炼律，可是，这两条定律成了不论是人类还是动物的行为主义心理学的基础。因为，人类的行为虽然比猫的行为远为复杂，可是，行为主义者认为两者可以用同一些原理来解释；桑代克说，差别仅在于，“人脑‘细胞结构的数量、精度和复杂性’构成了它所产生的联想的‘数量、精度和复杂性’”。他甚至还认为，人类文化发展如此缓慢的原因是，因为它是通过试误法学习来进行的，成功率极低，跟动物所用方法一样。
伊凡·巴甫洛夫（1849－1936）却是另一种极为不同的科学家，他是位实验生理学家，其职业生涯的前半部分进行的是消化研究。正是因为这个工作上的原因，他才注意到垂涎的狗这个奇怪的现象。他把职业生涯的下半部分用于他叫做“条件反射”的研究。他从始至终都认为条件制约是一种生理现象而非心理学过程，尽管制约的规则成为行为主义不可缺少的规则，就像学习和效应律一样，可是，他对心理学的看法如此之低，竟然威胁要开枪击毙胆敢在他实验室里使用心理学术语的人。他在弥留之际尚在声称，自己不是心理学家，而是一位研究大脑反射的生理学家。
巴甫洛夫出生在一个家庄上，他父亲是当地的东正教牧师，他母亲亦是一位牧师的女儿，巴甫洛夫也计划承袭家庭传统。当时，沙皇亚历山大二世刚颁布法令，允许家庭贫穷但有天赋的孩子免费上学。巴甫洛夫两个条件都符合，因此就接受了小学和中学教育。可是，在中学阶段，巴甫洛夫读到了达尔文的《物种起源》和**生理学家伊凡·塞基洛夫的《大脑反射》，因而就经过了某种类似转教的过程。他放弃了当牧师的计划，辍学到了圣彼德堡大学（同样也是因为沙皇的慷慨大度），专攻自然科学，塞基洛夫当时是这里的生理学教授。
巴甫洛夫1875年以优异成绩毕业了，进而研究医学，可是，他的目标是要进行研究工作，而不是实习，而且，他还得靠当助手的微薄薪水养活自己——1881年之后还得养活妻子。当时，国家给年轻科学家的机会比西方国家少得多，而且尽管巴甫洛夫有出众的才能和在生理学研究当中令人瞩目的成就，可是，多少年的时间里，他只能竭力维持最基本的生存。
然而，他太执着于自己的工作了，根本无暇顾及日常生存的急迫需求。他是不食人间烟火的知识分子象征。订婚的时候，他没有钱为情人买奢侈品，只有一次为她买了一件实用的东西：一双鞋，而且还是她出远门急等着穿的。可是，等她到达目的地打开行李一看，里面只有一只鞋。她写信问怎么回事，他回信说：“别找鞋了。我把它当作一件可以想起你来的记念物放在我桌上。”他们结婚以后，几乎就是生活在贫困之中，他经常忘了领薪水，直到妻子提醒方才知道。有年冬天，他没有钱为公寓买一些燃料，致使他用来研究脱变现象的一群蝴蝶冷死了。他的妻子因为贫穷而发牢骚，而巴甫洛夫却恼怒万分地说：“唉呀呀，别烦我了。我所有的蝴蝶都死了，出了这样令人伤心的事，你却还在这里抱怨一些愚不可及，鸡毛蒜皮的小事。”
可在实验室里，巴甫洛夫却是个实际的人，一位完美主义者，而且办事有条有理。他希望自己的助手按他的标准来实践，稍有越矩便受惩罚或者开除掉，不管原因何在。在革命期间（他在许多年里一直对此不抱同情态度，不过，最终还是成为这个制度的支持者），其中的一名雇员迟到了。巴甫洛夫严加责问时，这人说，一路上，街上出现了巷战，他差点连命都丢了。可巴甫洛夫愤怒地回答说，这构不成一个理由，因为对科学的贡献应该超过一切其它的动机。按照一些人的说法，巴甫洛夫还是将此人解雇了。
那是巴甫洛夫成功之后很久的事了。1891年，巴甫洛夫42岁的时候，他终于被圣彼德堡军事科学院任命为教授，又过了几年之后，又被圣彼德堡大学任命为教授。有这样一些扎实的基础之后，他开始组建实验医学研究所，他在这个研究所里进行了40年的研究。他在19世纪90年代的工作是进行消化研究，通过外科手术切开实验狗的胃部，并在里面植入一个带瘘管的小囊。这可以让他观察胃反射（狗开始吃食时胃液的分泌），而又不让食物污染胃液。他的发现使其获得1904年的诺贝尔医学奖，1907年，他成为科学院院士，或者专职会员，到达了**科学声望的顶峰。
1897至1900之间，在他的胃反射研究的中途，巴甫洛夫注意到了一种奇怪而令人烦心的现象：狗在不是喂食的时候也会分泌出一些胃液和唾液，比如，在比正式喂食时间稍为前一点，它如果看见或者听见喂养者的时候。起初，巴甫洛夫认为这是件烦人的事，因为这会影响到有关消化分泌物的数量的数据。可是，他想到，一定有个什么原因可以来解释，狗为什么会在嘴里甚至附近没有食物时也会产生这样一些液体。一个明显的解释是，狗“意识”到进餐时间快到了，而这个念头会产生分泌物，可是，坚决反对心理学的巴甫洛夫对这些主观的猜想绝不会轻信。
尽管他不太情愿进行这方面的研究，可是，巴甫洛夫最终还是决定去了解一下，因为，在他的观点来看，这完全是个生理学的现象——因为受到看见或者听见经常喂食的人这种刺激而在大脑里面产生的一种反射，该反射引起了“精神性分泌”。1902年，他开始研究这种并非与腺体反应有固有联系的刺激是在什么时候和以怎样的方式引起这种反应。这种现象，他一直研究了一辈子。
巴甫洛夫虽然是位外科专家，却并没有为这项研究花费精力去做一只胃囊。由于狗看到喂食的人时既产生胃液，也产生唾液，在唾液腺体上做一只简单的囊，并把它挂在高处，导入一个收集和记录装置就可以了。狗接受培训后站在桌子上不动，而且因此得到奖赏、抚弄和喂食。由于急于逗人高兴，它往往不需要人告诉它而自己跳到桌上，而且极有耐心地站在上面不动，带着不太紧的套圈，再与一些设备相连。需要用套圈来防止损坏设备。这套设备由一只橡皮管把腺囊与收集容器和记录筒连着。狗面对着一扇带窗户的墙，面对它们的地方，在实验室的里面，有一只喂食桶，可以通过机械装置把食物倒进这只桶里。
食物一到狗嘴里面后，其唾液即开始溢出。由于这是一种不需要培训的反射，巴甫洛夫把食物叫做“非条件刺激”，把这种唾液反应叫做“非条件反射”。可是，要研究的事情是中性的刺激与同样的反射之间的联系。最典型的模式是，实验者在不被狗看到的地方发出一个响声，这样的话，就不会对狗形成信号作用。这样的响声可以通过摇铃，按蜂鸣器制造出来，而且会引起食物向喂食桶倒食，倾倒的时间间隔为5－30秒之后。起先，铃档的声音或者蜂鸣器的声音只会引起一般的反射——狗竖起耳朵来——但不会出现唾液反射。可是，经过几轮试验之后，仅是这个声音就会使狗的唾液开始溢出。按巴甫洛夫的说法，声音已经变成引起唾液反应的“条件刺激”，而唾液反应则已经成为声音的“条件反射”。
巴甫洛夫及其助手们变换了这个实验的各种形式。他们经常不用声音，而是使灯光闪动，或者在狗可以通过窗户看到的地方转动一个物体，或者操纵某个可以碰触到狗的仪器，或者拉动狗圈某个部位，变换中性刺激与喂食之间的时间间隔等等。在所有的情况下，中性刺激都可以变成条件刺激，可是，其容易程度不太一样。中性的某种气体（不是食物气味）可能需要20多次配对才能成为条件刺激，而一种在狗的视线所及的地方转动一个物体却可能只需要5次配对，一种高声的蜂鸣器只需要一次就可以了。
心理学家可能会把这种条件形成过程称作联想学习，可是，巴甫洛夫是用生理学术语来解释的。他向导师塞基洛夫和第一个提出反射学说的笛卡儿表示了谢意，并提出，非条件的反应，比如将食物放进嘴里时出现的唾液反应，是一种大脑反应：是存在于脊柱或者下脑中枢里的感觉和运动神经之间的一种直接连接。对比而言，条件反射，比如听到一阵铃声或者其它在以前都是中性刺激的声音时出现唾液现象，是由条件形成过程中在大脑皮层里建立起来的新反射通道的结果。
巴甫洛夫以极为详细的细节阐述了他的大脑定位反射理论，以支持他就条件形成所获得的发现。可除了在苏联以外，这个学说在很大程度上为人们所忽略了，而在美国，它被心理学家卡尔·拉什利全盘否定了；拉什利切除了老鼠不同部位和不同量的大脑皮质，再让它们学习迷宫走法，发现老鼠学习能力的缺失与任何某个具体的皮层区的损坏没有关系，而是与切除掉的总量有关系。
然而，巴甫洛夫的生理学理论却丝毫也不影响到人们对他的实验数据和条件形成法则热情的欢迎程度，都认为这是对心理学知识的极大贡献。他的值得注意的发现有如下一些：
时序：
给予刺激的顺序是至关重要的。只有在中性刺激早于非条件反射的时候，它才会成为条件反射，才能够激发反射。在一次实验中，一位助手先喂食，隔5－10秒之后再按响高声的蜂鸣器；试过374次之后，蜂鸣器仍然不能单独地引发唾液分泌。当他在喂食之前按响蜂鸣器时，训练一次就形成了条件反射。
反射消失：
与非条件反射对非条件刺激不一样，条件刺激与反射之间的联系不是永恒的。如果条件刺激重复出现而没有跟上强化手段（食物），则唾液分泌反应会减弱，直至最终消失。
概括：
如果给一只狗发出跟条件刺激类似但多少有些不同的刺激——比如某种比与食物配对的音调稍高或稍低的音调——狗也会分泌唾液，但其分泌的强度比条件刺激要差些。音调间的差别，或者任何条件刺激与相关刺激间的差别越大，反应的强度就越小。因而，狗实际上是从其经验中作出了概括，并期望着类似的经验会得出类似的结果。
区别：
狗在形成条件，听到一个既定的音调，并听到另一个低几个音符的音调时产生唾液后，如果第一个音调总有食物跟上，而第二个音调总没有食物跟上，则狗慢慢会在听到第二种音调时停止分泌唾液。狗已经学会在两种刺激之间进行“differentiate（区别）”了——英美心理学家用的是“discriminate”这个词，意思一样。
实验型神经机能症：
为了确定狗的区别能力的局限，巴甫洛夫无意间促成了狗的某种类似精神病的东西。在一次有历史意义的实验中，一条狗学会了区别屏幕上用灯光打出来的圆形，后面紧跟着食物，还有一个细长的椭圆，后面总没有食物。当狗看到圆的时候产生分泌，而在看到椭圆时不产生分泌的关系确立下来以后，助手们开始改变椭圆的外形，使其越来越像圆形。狗不断地学习在圆和越来越圆的椭圆形之间进行区别，直到椭圆的轴率为7：8。助手接着再试更圆些的椭圆，直到其轴率变成8：9，到这时，巴甫洛夫后来写道：
到目前为止一直很安静的这条狗开始在其站位上尖叫起来，四处扭动，用牙齿咬掉了对皮肤进行机械刺激的仪器，并把连通动物食和观察室的管子咬破了，这种行为是它以前从来没有过的。（后来，）一牵到实验室里，狗就狂吠不止，这与它平常的习惯也正好相反。简单而言，它表现出了急性神经机能症所有的症状。
只有经过长时间休息和小心治疗后，狗才会恢复到足以忍受较容易区别一些的实验的程度。
巴甫洛夫相信，他已经找出动物和人类学习的基本单元。他说，所有学习得来的行为，不管是在学校里面还是外面获得的，“只不过是一长串的条件反射”，其获得、保持和消失是由他和他的助手们已经发现的一些定律来控制的。他的思想深刻地影响了**本世纪初期到50年代的心理学，可是，在西方，许多年里一直还不为人知，哪怕巴甫洛夫在1904年的诺贝尔获奖致词上已经提到了条件形成。
罗伯特·耶基斯（他后来主持AAB的开发工作）和他的一位同事从德国杂志得知了巴甫洛夫的工作，与他建立了通信关系，并在《心理学日报》上发表了一篇简短描述其方法和主要发现的文章。他们强调了他的研究方法的有用之处，但没有能够预测到条件反射概念对美国心理学会造成的影响。
可是，1916年，约翰B·沃森——我们稍后会谈到他——开始详细阐述巴甫洛夫条件形成理论如何扩大了心理学中的行为主义理论，几年以后，他把条件反射说成是行为主义学说和方法.论的“拱门下的拱心石”。1926年，巴甫洛夫的著作《条件反射讲义》以英文出版了，从那以后，行为主义心理学家们很快吸引了他的思想并借用了他的研究方法。从20年代开始，就巴甫洛夫条件反射所发表的论文以几何级数出现在心理学和医学杂志上，到1943年，其总数已达近1000篇。1951年，哥伦比亚大学的享利·加勒特教授总结了巴甫洛夫思想对在30多年的时间内基本上是行为主义的实验心理学产生的影响：
在实验心理学中，也许没有哪一个课题所花费的时间和精力会超过对条件反射的研究。动物、儿童和成人所获取的条件反射、不同反射的条件形成的相对容易程度、其反射消失和重现、学校教育与条件反射形成的容易程度之间的关系……（已全部）置于实验考验之下……许多心理学家希望——而且严格的客观主义者相信——条件反射会证明是所有习惯形成的单元或者因素。