1890～1924年任軍事醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)教授，1891年起兼任實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)研究所生理研究室主任。晚年他又領(lǐng)導(dǎo)了蘇聯(lián)科學(xué)院生理研究所（現(xiàn)巴甫洛夫生理研究所）的工作。十月革命后，在列寧格勒建立了專門研究條件反射的實(shí)驗(yàn)站。

　　他在學(xué)生時(shí)代就開(kāi)始從事心血管神經(jīng)調(diào)節(jié)的研究，提出了心臟營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)的概念。1891年開(kāi)始研究消化生理，在"海登海因小胃"基礎(chǔ)上，他制成了保留神經(jīng)支配的"巴甫洛夫小胃"，并創(chuàng)造了一系列研究消化生理的慢性實(shí)驗(yàn)方法(如唾液瘺、食道瘺、胃瘺、胰腺瘺等)，揭示了消化系統(tǒng)活動(dòng)的一些基本規(guī)律，并總結(jié)發(fā)表在《主要消化腺講義》一書(shū)中。為此他獲得1904年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。20世紀(jì)初，他的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)到高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)方面。他第1次用生理學(xué)中的"反射"概念來(lái)理解"心理性分泌"，建立了條件反射學(xué)說(shuō)，其代表作是《大腦兩半球活動(dòng)講義》(1927)和《動(dòng)物高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)客觀性研究實(shí)驗(yàn)20年》(1923)。1907年他當(dāng)選為俄國(guó)科學(xué)院院士；后又被英、美、法、德等22個(gè)國(guó)家的科學(xué)院選為院士。他是28個(gè)國(guó)家（包括中國(guó)）生理學(xué)會(huì)的名譽(yù)會(huì)員和11個(gè)國(guó)家的名譽(yù)教授。