條件反射形成的機制還不完全清楚。曾經推想過，條件反射的建立是大腦皮層的條件刺激興奮灶與非條件刺激興奮灶在多次結合后，兩個興奮灶之間形成了暫時聯系。但這一推想得不到實驗的證明。目前認為，條件反射的建立與中樞許多部位都有關系，其中腦干網狀結構和大腦皮層起著重要的作用。

　　條件反射的情境涉及四個事項，兩個屬于刺激，兩個屬于機體的反應。一個是中性刺激，它在條件反射形成之前，并不引起預期的、需要學習的反應。這是條件刺激（CS），在巴甫洛夫的實驗中就是鈴響。第二個刺激是無條件刺激（UCS）。它在條件反射形成之前就能引起預期的反應：條件反射形成之前，出現了肉，即UCS，就引起唾液分泌。對于無條件刺激的唾液分泌反應叫作無條件反應（UCR）。這是在形成任何程度的條件反射之前就會發生的反應。由于條件反射的結果而開始發生的反應叫作條件反應（CR），即沒有肉，只有鈴響的唾液分泌反應。當兩個刺激緊接著（在空間和時間上相近），反復地出現，就形成條件反射。通常，無條件刺激緊跟著條件刺激出現。條件刺激和無條件刺激相隨出現數次后，條件刺激就逐漸引起唾液分泌。這時，動物就有了條件反應。一度中性的條件刺激（鈴響）現在單獨出現即可引起唾液分泌。