Иван Петрович Павлов родился в городе Рязани в 1849 году в семье священнослужителя. В 1860 году в возрасте 11 лет Павлов поступил в церковное приходское училище, а после его окончания - в духовную семинарию, но на последнем курсе под влиянием эволюционных идей Дарвина и материалистических воззрений на мозг и психику И.М. Сеченова, Павлов уехал из Рязани в Петербург и в 1870 г.,увлекшись естественными науками, поступил в Петербургский университет. Занимаясь на естественном отделении физико- математического факультета, он работал в лаборатории под руководством известного физиолога И. Ф. Циона, где выполнил несколько научных исследований. А в 1875 году совет университета наградил его золотой медалью за работу "О нервах, заведующих работой в поджелудочной железе".

По окончании университета Иван Петрович поступил на третий курс Медико- хирургической академии и одновременно работал в лаборатории профессора физиологии К. Н. Устимовича. За время прохождения курса в академии Павлов провел ряд экспериментальных работ, за совокупность которых был награжден золотой медалью. 1879 году Павлов окончил академию и был оставлен при ней для дальнейшего усовершенствования. Тогда же по приглашению выдающегося хирурга С. П. Боткина, он начал работать в физиологической лаборатории при его клинике. В ней Павлов проработал около 10 лет, фактически руководя всеми фармакологическими и физиологическими исследованиями.
Защитив в 1883 году диссертацию на степень доктора медицины, И.П. Павлов получил звание приват-доцента Военно-медицинской академии. Проработав 45 лет в стенах этого института, он выполнил главные исследования по физиологии пищеварения разработал учение об условных рефлексах.
В 1897 году И. П. Павлов опубликовал свой труд "Лекции о работе главных пищеварительных желез", ставший настольным руководством физиологов всего мира. За эту работу в 1904 году ему была присуждена Нобелевская премия.

Труды И. П. Павлова получили признание со стороны ученых всего мира. При жизни ему были присвоены почетные звания многочисленных отечественных и иностранных научных учреждений, академий, университетов и различных обществ. А в 1935 году на 15 Международном конгрессе физиологов Иван Петрович был увенчан почетным званием "старейшины физиологов мира". Ни до, ни после него, ни один биолог не удостаивался такой чести.
В своей научной деятельности Иван Петрович Павлов – разрабатывал три основные ветви физиологии: физиология высшей нервной деятельности, физиология сердечно-сосудистой системы (кровообращения) и физиология пищеварения.
В течение первого периода научной деятельности Павлов преимущественно занимался изучением физиологии сердечно-сосудистой системы. К этому времени относится его диссертация "Центробежные нервы сердца", в которой впервые было показано существование специальных нервных волокон, усиливающих и ослабляющих деятельность сердца теплокровных животных. На основании своих исследований Павлов высказал предположение, что открытый им усиливающий нерв оказывает свое действие на сердце путем изменения обмена веществ в сердечной мышце.
Развивая эти представления, Иван Петрович в дальнейшем создал учение о трофической функции нервной системы.
Уже в работах по физиологии кровообращения проявились высокое мастерство, новаторский подход Павлова в проведении эксперимента. Поставив перед собой задачу изучить влияние приема жидкой и сухой пищи на кровяное давление собаки, он смело отходит от традиционных острых опытов на наркотизированных животных и ищет новые приемы исследования. Иван Петрович приучает собаку к опыту и путем длительной тренировки добивается того, что без наркоза представляется возможным отпрепарировать тонкую артериальную ветвь на лапе собаки и в течение многих часов повторно регистрировать кровяное давление после различных воздействий. Решение этой задачи явилось зарождением метода хронического опыта.

Наряду с работой в области физиологии сердечно-сосудистой системы Павлов занимался изучением некоторых вопросов физиологии пищеварения. Но систематические исследования в этой области он начал проводить только в 1891 году в лаборатории Института экспериментальной медицины. Основной идеей в этих работах, также как в исследованиях по кровообращению, была идея нервизма, заимствованная Павловым от С. П. Боткина и И. М. Сеченова. Однако изучение регуляторной функции нервной системы (в процессе пищеварения) у здорового животного не могло быть осуществлено при методических возможностях, которыми располагала физиология того времени.
Созданию новых методов, новых приемов в физиологии Павлов посвятил ряд лет. Операции, произведенные Павловым, коренным образом отличались от обычно проводившихся для изучения различных отделов пищеварительного тракта. Впервые появилась возможность изучать на здоровом животном выделение одного из пищеварительных соков в чистом виде без примеси пищи. Собаки с фистулой поджелудочной железы жили в Павловской лаборатории годами. Работа слюнных желез оказалась очень сложной и разнообразной. С изумительной точностью и постоянством железы отвечают на различные раздражения.

Изучая деятельность сердца, проводя опыты по исследованию работы пищеварительных желез, Павлов неизбежно встречался с воздействием внешних условий, со связью организма с окружающей его средой. Это привело ученого к исследованиям, создавшим новый раздел в. высшая нервной деятельности.
При изучении работы слюнных желез И. П. Павлов заметил, что собака выделяет слюну не только при виде пищи, но и если услышит шаги человека, несущего ее, или при действии других различных раздражителей связанных с ее приемом. Рассматривая сущность этого явления, Иван Петрович сумел, опираясь на высказывания Сеченова о рефлекторной природе всех проявлений деятельности головного мозга, понять, что феномен психической секреции дает возможность физиологу объективно изучать так называемую душевную деятельность. Иван Петрович назвал безусловным рефлексом постоянную, врожденную связь внешнего агента с ответной на него деятельностью организма, в то время как связь временную, образующуюся в течение жизни - условным рефлексом. В обоих случаях эта связь устанавливается через нервную систему, причем у высокоорганизованных животных условные рефлексы образуются при обязательном участии коры головного мозга. При выработке условных рефлексов происходит замыкание связей между нейронами разных областей коры, имеющими разное функциональное значение. Вследствие этого возбуждение клеток коры, ранее безразличное в отношении той или иной деятельности организма, начинает вызывать возбуждение тех корковых нейронов, которые относятся к данной деятельности. Так, световое раздражение, обычно никакого отношения к пищевым рефлексам не имеющее, может быть превращено в агент, вызывающий слюноотделение, если это раздражение несколько раз предшествует кормлению. Таким образом, происходит выработка новых рефлекторных актов - условных рефлексов на раздражения, являющиеся сигналами предстоящего действия агентов.

С введением метода условных рефлексов отпала необходимость строить догадки о внутреннем состоянии животного при действии на него различных раздражителей. Вся деятельность организма, исследовавшаяся ранее только с помощью субъективных методов, стала доступной для объективного изучения. Открылась возможность познавать опытным путем связи организма с внешней средой. Сам же условный рефлекс сделался для физиологии, по выражению Павлова, "центральным явлением", пользуясь которым оказалось возможным все полнее и точнее изучать как нормальную, так и патологическую деятельность больших полушарий. Впервые Павлов сообщил об условных рефлексах на четырнадцатом Международном медицинском конгрессе в Мадриде. В течение долгих лет Иван Петрович вместе с многочисленными сотрудниками и учениками разрабатывал учение о высшей нервной деятельности. Шаг за шагом вскрывались тончайшие механизмы корковой деятельности, выяснялись взаимоотношения между корой больших полушарий и нижележащими отделами нервной системы, изучались закономерности протекания процессов возбуждения и торможения в коре. Было установлено, что эти процессы находятся в тесной и неразрывной связи, способны концентрироваться и взаимно действовать друг на друга. На сложном взаимодействии этих двух процессов и основана, по Павлову, вся анализаторная и синтезирующая деятельность коры больших полушарий. Этими представлениями была создана физиологическая основа для изучения деятельности органов чувств, которое до Павлова было построено в основном на субъективном методе исследования.
Глубокое проникновение в динамику корковых процессов позволило Ивану Петровичу показать, что в основе явлений сна и гипноза лежит процесс внутреннего торможения, широко иррадиировавший по коре мозга и спустившийся в подкорковые образования.

Будучи основоположником экспериментальной терапии, Павлов вместе с тем дал исключительный по ценности материал для клиники теми своими исследованиями, которые установили нормальный ход физиологических явлений. Все современные методы лечения болезней пищеварительного тракта основаны на исследованиях Павлова.
При лечении нарушений деятельности нервной деятельности, в частности высшей нервной деятельности, огромное значение приобрели павловские исследования об охранительном значении торможения, которые положены в основу так называемой сонной терапии.

Научные достижения Павлова оказали революционное влияние на представления того времени об организме человека. Они на практике показали, что границ познания не существует. Значение исследований Ивана Петровича трудно переоценить, так как его учение об условных рефлексах совершило настоящий переворот в физиологии того времени и остается актуальным и сейчас, на его исследованиях в области пищеварения основаны практически все современные методы лечения, его работы по изучению кровообращения также очень значительны.

Работы И.П.Павлова и его школы имело далеко идущие последствия для многих отраслей физиологии и медицины, а также для психологии, педагогики и социологии и определило их дальнейшее развитие на многие годы.
Учениками И.П. Павлова, работавшими с ним в Отделе и выполнившими под его руководством диссертационные работы, были Б.П.Бабкин, Г.П.Зеленый, Л.А.Орбели, Н.И.Красногорский. И.В.Завадский, Г.В.Фольборт, И.С.Цитович, М.К.Петрова, А.Н.Крестовиков. В.В.Савич, П.С.Купалов, Н.А.Рожанский, В.С.Дерябин и другие. Ряд его учеников стали во главе самостоятельных физиологических школ: П.К.Анохин, Э.А.Асратян. Д.А.Бирюков, П.С.Купалов, Л.А.Орбели, А.Д.Сперанский, Г.В.Фольборт и другие. Сформировавшаяся в стенах Института экспериментальной медицины научная школа И.П. Павлова имела существенное значение для прогресса отечественной и зарубежной физиологии и медицины. В разные годы в отделе работали зарубежные ученые: доктора Ф.А.Стенсма (из Амстердама), В.Штрауб и Г.Фриденталь (из Берлинского университета), доктор В.Гросс и профессор О.Конгейм (из Гейдельбергского университета), профессор А.Чермак (из университета в Галле). Е.Конорский (Польша), Я.Тен-Кате (Голландия), В.Х.Гент (США).