Русский ученый-физиолог Иван Петрович Павлов родился в Рязани, городе, расположенном приблизительно в 160 км от Москвы. Его мать, Варвара Ивановна, происходила из семьи священника; отец, Петр Дмитриевич, был священником, служил сначала на бедном приходе, но благодаря своему пастырскому рвению со временем стал настоятелем одного из крупных храмов Рязани. Иван Павлов перенял у отца упорство в достижении цели и постоянное стремление к самосовершенствованию. По желанию своих родителей Павлов посещал начальный курс духовной семинарии, а в 1860 г. поступил в Рязанское духовное училище. Там он смог продолжить изучение предметов, интересовавших его более всего, в частности естественных наук; он с увлечением участвовал в различных дискуссиях, где проявлялись его страстность и настойчивость, делавшие Павлова грозным оппонентом.
Увлечение физиологией появилось у Павлова после того, как он прочитал русский перевод книги английского критика Георга Генри Леви. Его страстное желание заняться наукой, особенно биологией, было подкреплено чтением популярных книг Д. Писарева, публициста и критика, революционного демократа. Его работы подвели Павлова к изучению теории Чарльза Дарвина. В конце 1880-х годов русское правительство разрешило студентам духовных семинарий продолжать образование в светских учебных заведениях. Увлекшись естественными науками, Павлов в 1870 г. поступил в Петербургский университет на естественное отделение физико-математического факультета. Его интерес к физиологии особенно возрос после того, как он прочитал книгу И. Сеченова «Рефлексы головного мозга», но освоить этот предмет ему удалось только после обучения в лаборатории И. Циона, изучавшего роль депрессорных нервов. Цион выяснял влияние нервов на деятельность внутренних органов, и именно по его предложению Павлов начал свое первое научное исследование – изучение секреторной иннервации поджелудочной железы. За эту работу Павлов и Афанасьев были награждены золотой медалью университета.
После получения в 1875 г. звания кандидата естественных наук Павлов поступил на третий курс Медико-хирургической академии в Санкт-Петербурге (реорганизованной впоследствии в Военно-медицинскую), где надеялся стать ассистентом Циона, который незадолго до этого был назначен профессором кафедры физиологии. Однако Цион уехал из России, после того, как правительственные чиновники, узнав о его еврейском происхождении, воспрепятствовали этому назначению. Отказавшись работать с преемником Циона, Павлов стал ассистентом в Ветеринарном институте, где в течение двух лет продолжал изучение пищеварения и кровообращения. Летом 1877 г. он работал в г. Бреслау, в Германии (ныне – Вроцлав, Польша), с Рудольфом Гейденгайном, специалистом в области пищеварения. В следующем году по приглашению Боткина Павлов начал работать в физиологической лаборатории при его клинике в Бреслау, еще не имея медицинской степени, которую он получил в 1879 г. В лаборатории Боткина Павлов фактически руководил всеми фармакологическими и физиологическими исследованиями.