بدأ بافلوف مسيرته العلمية بدراسة علم وظائف الأعضاء، وكرس جزءا كبيرا من أبحاثه لفهم آليات الهضم. وبعد إجرائه مئات العمليات المعقدة على الحيوانات، درس خلال 10 سنوات آلية الهضم بالتفصيل، بدءا من دخول الطعام إلى الفم وصولا إلى الأمعاء.

وأظهر بافلوف أن الهضم ليس مجرد "ميكانيكا" للمعدة، بل عملية بالغة التعقيد يتحكم فيها الجهاز العصبي. ونال عام 1904 جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء تقديرا لأبحاثه في فسيولوجيا الهضم.