學術成就
巴甫洛夫在生理學領域中的研究十分廣泛，涉及生理學的各個部分，集中體現在三個方麵：
血液循環生理學、消化係統生理學、高級神經活動生理學和大腦生理學。
（一）血液循環生理學
巴甫洛夫從事血液循環生理學的研究是在他開始科學研究工作的最初15年（1874年～1888年），
也就是在鮑特金臨床病理實驗室工作期間。他創造並應用了一種全新的生理學實驗法，這種實驗法稱慢性實驗法，與傳統的急性實驗法相區別。
在當時，生理學家普遍以孤立的、靜止的觀點來研究動物的一些器官的生理功能。他們利用物理和化學的方法，從活著的或死去的動物身上取下研究對象，置於人工環境下，設法在短時間內保持它的生理機能，對其進行實驗；或用麻醉劑、破壞大腦等方法使動物失去知覺和生存能力，再進行解剖，觀察研究對象的機能，這種實驗方法稱為急性實驗法，又稱分析實驗法。
巴甫洛夫不太欣賞急性實驗方法，認為這種實驗方法破壞了動物的整體性，具有一定的局限性。他創造了一種慢性實驗法來彌補急性實驗法的不足。所謂慢性實驗法就是在正常的、未經麻醉的、健康的動物身上進行研究的方法。巴甫洛夫耐心地訓練動物，使它們能在實驗台上安靜地忍受複雜的實驗手術，這樣動物在完全清醒和正常的條件下被研究，整個中樞神經係統很正常，因此所得的結果能完全反映出在整體內所研究的器官與各種係統保持複雜的相互關係時的活動情況。例如，他在清醒的動物身上剖開動脈，連上血壓計，記錄血壓，探討調節血壓的機製。
他在《論心髒的離心神經》的博士論文中，第一次論證了神經對心髒功能的調節作用。他認為是由四條神經對心髒功能發揮阻止、加速、抑製和興奮作用，這是以前人們沒有發現的。
以後巴甫洛夫對心髒離心神經仍不斷地進行研究。1888年，他發明了哺乳動物活動的離體心髒手術。用來研究各種藥物對心髒作用的藥理學和血液循環生理學上的一係列問題。他還發現這樣一個事實：當血液流經肺部時，血液流動暢通；當血液不經肺部時，血液很快凝固。
他得出結論：當血液流經肺部時，有某種抗凝物質混入血液。多年後，科學家從肺組織中分離出一種強烈的抗凝物質，證明了巴甫洛夫的論斷。以後，巴甫洛夫強調神經係統對機體活動過程的調節作用的思想，被學術界稱為“神經論”，成為科學家建立神經係統營養性機能學說的基礎。
（二）消化係統生理學
巴甫洛夫從1879年開始用了近二十年的時間集中精力研究消化生理學，以後在1906年～1911年進一步加強這方麵的研究。他係統地研究消化生理的諸多方麵，采用慢性實驗法，創造了多種外科手術，導致把外科手術引進到整個消化係統研究領域，發現了主要消化腺的分泌規律，奠定了現代消化生理學的基礎。
巴甫洛夫在健康的動物身體上安裝瘺管，如胰腺瘺、唾液腺瘺、膽管末端瘺、食管瘺、胃瘺等導管。觀察在任何時間內所收集到的純淨的消化液，獲得了關於消化腺分泌全過程和消化液成分的基本材料，為搞清神經係統對整個消化過程的調節機製奠定基礎。
1889年，巴甫洛夫對實驗狗施行食管切斷手術並安裝胃瘺導管，應用著名的假飼法收集胃液並進而研究胃液分泌機製。這個實驗非常成功，狗吃下去的食物自食管切斷處落下，並沒有進入胃，但假飼開始幾分鍾後，胃液開始分泌，並迅速增加，能持續幾十分鍾乃至幾個小時。如果切斷狗的迷走神經，假飼便不再引起胃液的分泌。通過實驗，巴甫洛夫得出結論：食物引起味覺器官興奮，這種興奮通過味覺神經傳至延髓，而後再由延髓通過迷走神經傳至胃腺，也就是進行著從口腔到胃腺的反射。如將兩條迷走神經切斷，則反射不能完成，假飼時，胃腺便沒有反應。
1894年，巴甫洛夫又成功地製成了分離小胃，以後被命名為“巴甫洛夫小胃”，簡稱“巴氏小胃”。他在動物胃上實施一個小手術，將動物胃的基底部分分割出一個不大的袋囊（巴氏小胃），巴氏小胃與胃體之間有共同的外壁，共同的血液循環和神經支配，但它們彼此卻由內部粘膜層縫合成的“隔壁”分開。進入大胃的食物和唾液並不進入小胃，然而大胃與小胃的反射活動完全相同。通過多次實驗證明：被吸收的食物數量、種類和胃液數量關係密切。