Żeby zrozumieć czym jest odruch warunkowy, należy najpierw dowiedzieć się czym jest odruch bezwarunkowy. Odruch bezwarunkowy to pewna automatyczna, wrodzona reakcja na bodziec, która zachodzi po pobudzeniu konkretnych receptorów. Reakcja odruchowa zachodzi bez powiadomienia mózgu, czyli niezależnie od niego. Oznacza to, że na takie reakcje nie mamy wpływu i nie możemy się ich oduczyć. Przykładami odruchu bezwarunkowego są łzawienie podczas podrażnienia oka, wydzielanie śliny przy przeżuwaniu pokarmu lub odruch wymiotny.

Odruchy warunkowe mogą powstawać na bazie odruchów bezwarunkowych. Przy połączeniu pewnych bodźców z jakąś automatyczną reakcją, można te bodźce skojarzyć z tą reakcją. Badanie na ten temat przeprowadził rosyjski fizjolog Iwan Pawłow, za co dostał w 1904 roku Nagrodę Nobla. Zauważył, że pies wydziela ślinę podczas spożywania pokarmu, co jest odruchem bezwarunkowym. Następnie Pawłow zaczął dzwonić dzwonkiem za każdym razem, kiedy podawał zwierzęciu pokarm. Pies skojarzył dźwięk dzwonka z podawaniem pokarmu i zaczął wydzielać ślinę wraz z jego brzmieniem, czyli przed faktycznym procesem jedzenia. Działo się tak również, gdy pokarm nie został podany, a jedynie dzwonił dzwonek. Taki odruch warunkowy jest też często nazywany odruchem Pawłowa. Bodźcem obojętnym w tym eksperymencie nie musi być dzwonek, może być to równie dobrze błysk światła lub pogłaskanie po głowie. Pawłow nazwał podanie pokarmu „pierwotnym bodźcem kluczowym”, a dźwięk dzwonka „bodźcem obojętnym”. Po przeprowadzeniu eksperymentu bodziec obojętny stał się też bodźcem kluczowym, ponieważ powodował reakcję, czyli stał się „wtórnym bodźcem kluczowym”. Wyniki eksperymentu oznaczają, że zwierzę (a więc również człowieka) można niezależnie od jego woli wyuczyć konkretnych zachowań. Odruch warunkowy nie jest trwały, w przeciwieństwie do bezwarunkowego.

Niecałe ćwierć wieku później odkryto, że odruch warunkowy nie musi być oparty na odruchu bezwarunkowym. Można wymusić konkretną reakcję badanego obiektu poprzez przyzwyczajenie. Odruch warunkowy może powstać poprzez systematyczne powtarzanie danej czynności i skojarzenie jej z inną, o ile przynoszą one organizmowi pewne korzyści. Oznacza to tyle, że jeśli będziemy nagradzać (np. poprzez pokarm) obiekt badany po wykonaniu danej czynności, będzie ta czynność chętniej wykonywana. Natomiast jeśli będziemy karać (np. poprzez uderzenie), to niepożądana czynność będzie wykonywana rzadziej. Odruch Pawłowa jest często nazywany klasycznym odruchem warunkowym, a odruch polegający na wyuczeniu nazywany jest instrumentalnym odruchem warunkowym.

Odruchy warunkowe towarzyszą nam w codziennym życiu, nawet jeśli nie zdajemy sobie z tego sprawy. Mamy wyuczony szereg czynności, które wykonujemy automatycznie. Przykładowo, gdy opuszczamy mieszkanie, zamykamy drzwi na klucz. Bardzo często robimy to automatycznie, przez co nie pamiętamy, czy faktycznie to zrobiliśmy. Innym przykładem jest naciśnięcie włącznika światła w znajomym pokoju lub zapinanie pasów w samochodzie.