Исходя из тезиса "для естествоиспытателя — все в методе", И.П.Павлов ввел в практику физиологических исследований метод хронического эксперимента, благодаря которому стало возможным изучение целостного, практически здорового животного.

Опыты на "хронически оперированных" животных проводились физиологами и до Павлова. Однако они не были полноценными либо по замыслу, либо по методике выполнения. Так, метод изолированного "малого желудочка", предложенный Р.Гейденгайном (Heidenhain, Rudolf Peter Heinrich, 1834-1897), лишал изолированный участок иннервации. Метод хронического эксперимента, разработанный И.П.Павловым, позволил ему экспериментально обосновать принцип нервизма — идею о решающей роли нервной системы в регуляции функционального состояния и деятельности всех органов и систем организма.

Методологической основой его концепции явились три основных принципа: единство структуры и функции, детерминизм, анализ и синтез. Изучая поведение животных, И.П.Павлов выявил рефлексы нового типа, которые формируются и закрепляются при определенных условиях окружающей среды. Павлов назвал их условными, в отличие от уже известных прирожденных рефлексов, которые имеются от рождения у всех животных данного вида (их Павлов назвал безусловными). Было показано также, что условные рефлексы вырабатываются в коре больших полушарий головного мозга, что сделало возможным экспериментальное изучение деятельности коры больших полушарий в норме и патологии. Результатом этих исследований явилось создание учения о высшей нервной деятельности — одного из величайших достижений естествознания XX в.

Деятельность И.П.Павлова и созданной им научной школы составила эпоху в развитии физиологии (см. ниже) (Достижения и современная история физиологии изучаются на кафедре нормальной физиологии; см. учебники: 1) Нормальная физиология / Под ред. А.В.Коробкова. — М.: Медицина, 1980. — С. 5-15. 2) Физиология человека / Под ред. Г.И.Косицкого. — 3-е изд., переработ, и дополн. — М.: Медицина, 1985. — 560 с.).