有了条件，我们就走出了先天行为的王国，走进了学习领域。条件反射虽然是对同一刺激的重复反应，但却是习得的反应。条件反射的一个最著名的例子就是伊凡·巴甫洛夫（Ivan Pavlov）的研究（详见第3章“流口水”的内容）。
这种类型的条件反射被称为巴甫洛夫条件反射或经典条件反射。条件反射开始于自然联结的刺激反应：非条件刺激（US）和无条件反应（UR），两者之间有一个生物联结。在巴甫洛夫的实验中，无条件刺激是肉的气味或味道，关联的无条件反应是分泌唾液。实验者还设置了一个生物概念上的中性刺激，将其称为条件刺激（CS），该刺激会与非条件刺激同时出现。所以，当巴甫洛夫的狗把一种特定的声音（条件刺激）与肉的味道或气味联系起来时，条件刺激就开始与条件反应（CR）发生关联，这一反应通常（但不总是）与无条件反应相似或相同。事实上，巴甫洛夫发现，狗对条件刺激产生的唾液成分与非条件刺激产生的唾液成分不同。
行为和关联
当巴甫洛夫发现条件刺激和条件反应之间的联系时，他相信自己已经发现了隐藏在该联系背后的生理机制，他觉得没有必要再去进一步研究观念之间是怎样互相关联的了。
意外！或不意外
最近，美国实验心理学家罗伯特·瑞斯克拉（Robert Rescorla，生于1940年）做的更多的关于巴甫洛夫条件反射的研究工作表明，条件反射并不像看起来那样简单，它（如巴甫洛夫发出的铃声）不仅是代表或代替非条件刺激（如肉的气味或味道）。相反，生物体（如狗）学习怎样利用条件刺激来适应环境，包括其与无条件刺激的预测性关联。如果条件刺激在其他时间、在无条件刺激之前或者与无条件刺激同时出现，就不会产生条件反应，这证明了条件刺激与无条件刺激之间的关系其实很复杂。这表明，动物学习预测的能力对于建立条件反射非常关键，条件反射实际上就是在经验上消除意外。当狗（或别的动物）发现条件刺激能预测无条件刺激时，无条件刺激中意外的元素就减少了。
如果条件刺激多次不与无条件刺激相关联，条件性行为就会消退（消失）。如果两者再次关联（重新学习的联结比初次学习更快），这种联结又会重新恢复；或者如果暂停一段时间不暴露在条件刺激中，这种联结就会自发地恢复。
学习=编程
行为主义者约翰·华生对巴甫洛夫的工作产生了很大的影响。他相信，经典条件反射可以用来解释所有的学习和行为（包括语言）。1913年，他在宣布行为主义观时声称，人的性格完全可以通过谨慎刺激和反应来确定：
给我一打健康的婴儿、一个由我支配的特殊的环境，让我在这个环境里培养他们，我可以担保，任意选择一个婴儿，不论其父母的才干、倾向、爱好、职业及种族如何，我都可以按照自己的意愿把他们训练成为任何一种人物，包括医生、律师、艺术家、大商人甚至是乞丐或强盗。
在这个模型中，遗传是毫无价值的，环境就是一切。此外，人格完全是被决定的，没有任何空间留给自由意志甚至意识。华生毫不妥协地断言，行为就是我们的全部。他不需要用认知结构或图式来解释我们如何学习，而只是把刺激和相应的行为联系起来，并强化这一联结直到它变得稳定。
条件性恐惧
巴甫洛夫对狗的研究令人印象深刻，华生则需要证明这一研究也适用于人类。他通过臭名昭著的、有违伦理道德的“小阿尔伯特”实验做到了这一点。1919年，约翰·华生和他的合作者罗莎莉·雷纳（Rosalie Rayner）从校园幼儿园招募了一个9个月大的男孩，他被称为“阿尔伯特”［他的真名是道格拉斯·莫莱特（Douglas Merritte）］。他们开始让阿尔伯特接触一系列无害的物体和动物，包括白色的实验室老鼠。阿尔伯特对它们中的任何一个都没有表现出恐惧或不良反应，但这一切即将改变。每次，当阿尔伯特碰白鼠时，华生就用锤子敲击一根金属铁棒，制造突如其来的可怕声响，男孩被这可怕的巨大声响吓哭了。华生重复这一过程，直到阿尔伯特一看到白鼠就开始大声哭泣并试图逃跑。此外，阿尔伯特也害怕其他毛茸茸的白色物体，包括兔子、皮毛大衣和假胡子，这些物体和小白鼠有共同的特征。
不幸的是，阿尔伯特在华生有机会为他进行脱敏之前就被带走了，所以他后来大概还是很怕白色毛茸茸的东西。更可悲的是，阿尔伯特6岁时死于脑积水。因为他不是（像华生所说的）一个正常、健康的男孩，他甚至不是一个合适的实验对象。批评人士还抱怨说，华生和雷纳将自己的主观判断作为记录阿尔伯特反应的一种手段。尽管华生的方法存在种种问题，但实验确实证实了人类易受经典条件作用的影响。
条件反射疗法
让人们害怕白鼠并不是一种运用条件反射特别有用的方法。1924年，在华生的小阿尔伯特实验后不久，美国发展心理学家玛丽·琼斯（Mary Cover Jones，1897年—1987年）就在心理治疗上采用了经典的条件反射。她治疗一名叫彼得的男孩，他害怕兔子。过了一段时间，她将彼得暴露于有兔子的环境，让两只兔子慢慢地接近他，直到最后他能高兴地和兔子玩，甚至让兔子吮吸他的手指头。其他不害怕兔子的孩子也会在场，向彼得示范面对兔子的正常反应。这种行为疗法现在仍被用于治疗恐惧症。