高級神經活動學說是巴甫洛夫多年實驗研究的總結，主要記述在《動物高級神經活動(行為)客觀研究20年研究，條件反射》(1923)和《大腦兩半球機能講義》(1927)之中。他詳細地研究了暫時聯系形成的神經機制和條件反射活動發展和消退的規律性，論述了基本的神經過程——興奮和抑制現象的擴散和集中及相互誘導的規律，提出了高級神經活動類型學說和兩種信號系統學說。