Органы чувств И. П. Павлов предложил рассматривать как целостные «приборы» – анализаторы, включающие наряду с периферийными блоками центральные, локализованные в коре больших полушарий. Именно анализаторы производят высший анализ и синтез раздражителей внешней и внутренней среды. Эти раздражители выполняют функции сигналов. Они позволяют организму различать свойства внешних объектов, предвосхищать течение будущих событий и организовывать поведение соответственно возможным благоприятным или неблагоприятным для организма ситуациям. В созданной Павловым концепции сигналы носят системный характер, причем они образуют две системы: сенсорную (в психологическом плане ей соответствуют чувственные образы – ощущения, представления) и вербальную (ей соответствуют слова, устные и письменные знаки человеческой речи). Благодаря вторым сигналам в результате анализа и синтеза чувственных образов возникают обобщенные умственные образы (или понятия). Этим определяется качественное отличие между поведением животных, поскольку у них оно регулируется только первой сигнальной системой, и человека, у которого обе системы связаны, а разрыв между ними наблюдается лишь в случае патологии.
Также И. П. Павловым разработано учение о различных типах высшей нервной деятельности (темпераментах). Он писал, что изучение условных рефлексов у множества собак постепенно выдвинуло вопрос о разных нервных системах отдельных животных, найдены основания для систематизации нервных систем по некоторым их главным чертам. Таких черт оказалось три: сила основных нервных процессов, уравновешенность их между собой и подвижность этих процессов. Действительные комбинации этих трех черт представились в виде четырех более или менее резко выраженных типов нервной системы. По силе животные разделились на сильных и слабых; сильные по уравновешенности процессов – на уравновешенных и неуравновешенных, а уравновешенные сильные – на подвижных и инертных. Это приблизительно совпадает с классической систематизацией темпераментов. Таким образом, сильные, но неуравновешенные животные с обоими сильными процессами, но с преобладанием раздражительного процесса над тормозным – это возбудимый, безудержный тип (холерики, по Гиппократу). Далее сильные, вполне уравновешенные, притом инертные животные – это спокойный, медлительный тип (по Гиппократу, флегматики). Потом сильные, вполне уравновешенные, притом лабильные – это очень живой, подвижный тип (по Гиппократу, сангвиники). И, наконец, слабый тип животных – всего более