Pavlov, yaptığı bu gözlemlerinden sonra, aç bir köpeği ses geçirmeyen bir odaya yerleştirdi. Deneye başlamadan önce, bir şekilde köpeğin salyasının ağzından dışarı çıkmasını sağladı ve daha sonra çıkan salya miktarını da kayıt altına aldı.
Deneye geçildiğinde ise koşulsuz şartlanmanın oluşabilmesi için köpeğe yiyecek vermeden sadece zili çalmaya başladı. Başlangıçta, normal olarak köpek herhangi bir salya tepkisi göstermedi. Pavlov daha sonra zil sesinin hemen arkasından köpeğe et parçaları vermeye, doğal olarak da köpek salya akıtmaya başladı.
Deneyin bir sonraki adımı ise et parçaları ile zil sesini eşleştirmekti. Pavlov, et parçalarını köpeğe atmaya başladığı anda asistanları da aynı anda zili çalıyorlar, böylece köpeğin algı olarak et ile zil çalmasını eşleştirmesini istiyorlardı.
Bu işlem tekrar tekrar yapıldıktan sonra, zilin çalındığı fakat arkasından et verilmediği zaman da köpeğin salya salgıladığı gözlendi. Oysa normalde, köpeğin eti ağzına alınca salya akıtması gerekirdi.
Deney sonunda çıkan sonuca göre köpek, sadece kulak kabartması beklenen zil sesine karşı salgı akıtmayı öğrenmiş oluyordu. Bu durumda köpeğe, hiç ilgisi olmayan bir uyarıcı karşısında salya akıtması öğretilmiş oluyordu. Bu olayda et, koşulsuz yani doğal uyarıcıdır.
Şartlı ya da şartlandırılmış refleks denen olay da budur. Pavlov, bu davranışın, psikolojik etkinlikle özdeş olan yüksek düzeyde sinir etkinliğinin belirtilerinden biri olduğunu öne sürer ve psikoloji alanında geçerli tek yaklaşımın deneysel yöntem olduğunu vurgular.