Этим знаменитым опытом Павлов показал, что усиление желудочной секреции происходит под влиянием центральной нервной системы, которая, получая сигналы от рецепторов в полости рта, в ответ посылает (по блуждающим нервам) команды железам слизистой оболочки желудка, и те усиливают секрецию сока. Сосуды, снабжающие кровью желудок и кишку, также находятся под влиянием нервных (симпатических) волокон.
Павлов показал также, что желудочную секрецию можно усилить, вводя пищу через фистулы непосредственно в желудок или кишку. После денервации органов эффект исчезал. Это означало, что в пищеварительном тракте имеются рецепторы, от которых по чувствительным волокнам в мозг передается информация о наличии (или отсутствии) пищи. Павлов установил также, что состав сока и скорость его выделения меняются в зависимости от характера пищи (преобладания в ней белков, жиров или углеводов, наличия веществ, раздражающих стенку желудка и др.). Он установил и тормозное действие жиров на секрецию желудочного сока.
Для изучения секреции сока Павловым в 1894 году был предложен способ выкраивания маленького желудочка, при котором его иннервация и кровоснабжение не нарушались: большой и маленький желудочки соединялись мостиком из серозно-мышечного слоя, в толще которого проходили ветви блуждающего нерва и сосуды, направляющиеся в маленький желудочек. Отгораживание маленького желудочка от большого происходило только за счет слизистой оболочки. Павловская операция маленького желудочка – это шедевр оперативного искусства, связанного с физиологическим экспериментом. Многие годы, вплоть до настоящего времени, во всех лабораториях мира этот способ изучения секреции желудочных желез является наиболее совершенным.
Павлов исследовал и то, что до него называлось «психической секрецией»: сами вид и запах пищи усиливали желудочную секрецию даже в том случае, когда пища оказывалась для животного недоступной. Позднее эти опыты стали началом исследования безусловных и условных рефлексов.
Павлов изучал также нервную регуляцию секреции поджелудочной железы, пищеварительные ферменты желудка и поджелудочной железы и механизмы их активации (в том числе другими ферментами). В частности, в лаборатории Павлова в соке, выделяемом стенкой кишки, была открыта энтерокиназа – «фермент ферментов» по выражению Ивана Петровича.