Механізми утворення умовних рефлексів можна вивчати експериментально електрофізіологічними, морфофункціональними, фармакологічними методами та ін. І.П. Павлов вважав, що формування тимчасових зв'язків є функцією кори великих півкуль мозку, тому що тварини, позбавлені проекційних зон кори, виробляють лише дуже елементарні умовні рефлекси. Дані сучасної нейрофізіології вказують на можливість різних рівнів замикання, формування умовно-рефлекторного зв'язку (кора — кора, кора — підкоркові утворення, підкоркові утворення — підкоркові утворення) при домінуючій ролі в цьому процесі коркових структур. Фізіологічний механізм утворення умовного рефлексу являє собою складну динамічну організацію коркових і підкоркових структур мозку. Для вироблення умовного рефлексу необхідна наявність певних правил. 1. Умовний (спочатку індиферентний) подразник має передувати дії безумовного подразника. Як правило, безумовним подразником є їжа, а індиферентними стимулами — світло, звук, електричний струм та ін. 2. Біологічна значимість умовного подразника повинна бути меншою, ніж безумовного. 3. Часовий інтервал між дією умовного і безумовного подразників не повинний бути великим (10—15 с). 4. За силою безумовний подразник повинний бути вищим, ніж умовний. 5. Для формування умовного рефлексу необхідне багаторазове поєднання безумовного й умовного подразників. Для вироблення умовного рефлексу необхідний також нормальний фізіологічний стан коркових і підкоркових структур, що утворює центральне представництво відповідного умовного і безумовного стимулів, відсутність сильних сторонніх подразників, відсутність значних патологічних процесів в організмі. Наприклад, включається світло, і доцентровими шляхами нервові імпульси, що виникли в зорових рецепторах, спрямовуються в кору великих півкуль, викликаючи там осередок збудження. Одночасно виникає другий осередок збудження в тій частині кори великих півкуль, що відає харчовими рухами, секреторними реакціями, словом, усіма тими процесами, що необхідні для захоплення і засвоєння їжі. Ця ділянка велика, вона міститься на різних поверхах мозку, і має назву харчовий центр. У корі існує його вищий рівень — представництво харчового центру. У результаті виникнення в корі двох осередків збудження (від світла і від харчового акту) між ними встановлюється зв'язок. Це тимчасовий зв'язок, а процес його встановлення — нервове замикання.
