Pavlov si laureò in medicina nel 1879 e fu premiato con una medaglia d'oro per i risultati ottenuti. In seguito la Facoltà di medicina lo chiamò a dirigere il laboratorio sperimentale fondato dal famoso clinico russo Sergey Botkin. Nel 1883 Pavlov presentò come tesi di dottorato uno studio intitolato “I nervi centrifughi del cuore”. Dopo aver effettuato numerosi studi su mammiferi, soprattutto cani, esponeva il risultato che le varie branche dei nervi del cuore, stimolate da una corrente elettrica, sono in grado non solo di ritardare o accelerare la frequenza dei battiti del cuore, ma anche di aumentare o diminuire la loro forza. Contemporaneamente, ma indipendentemente da Pavlov, il fisiologo inglese Gaskell giunse alle medesime conclusioni in seguito a esperimenti sul cuore di rane e di tartarughe. Queste scoperte furono di primaria importanza per lo sviluppo della medicina e della fisiologia.