Известен тем, что разделил всю совокупность физиологических рефлексов на условные и безусловные, а также исследовал психофизиологию типов темперамента и свойства нервных систем, лежащие в основе поведенческих индивидуальных различий.

Научное наследие И.П.Павлова в значительной мере определило облик физиологии ХХ века и направление ее развития, способствовало бурному развитию смежных отраслей биологии и медицины, оставило заметный след в формировании многих направлений развития психологии, педагогики, генетических основ деятельности нервной системы человека и его поведения.