Всемирную известность Павлову принесли его работы в области физиологии пищеварения. Исследователи предшествующей эпохи потратили много усилий, стараясь разгадать секреты функционирования пищеварительного тракта, но успехи их были достаточно скромными. Было очевидно, что органы пищеварения представляют собой настоящую лабораторию, и пища, попадая в рот, желудок и кишечник, подвергается там сложной химической обработке, однако детали этого процесса оставались совершенно непонятны. Не ясно было, от чего зависит выделение желез, все ли они выделяют пищеварительные соки на всякую еду или каждая предназначена для переваривания особого продукта, зависит ли интенсивность отделения этих соков-секретов от количества поглощенной пищи, дополняют ли эти реактивы друг друга или, напротив, нейтрализуют, и, наконец, в какой мере зависят все эти процессы от нервной системы? Вовсе не было известно, какие причины способствуют выделению желудочного и кишечного сока. Не были изучены механизмы продвижения пищи в кишечнике и степень участия различных его отделов в усвоении этих продуктов. Не лучше обстояло дело с попытками исследовать деятельность желез желудка. Исследователи пользовались грубой методикой наблюдения, заключавшейся в том, что в желудке подопытной собаки делали фистулу (искусственный канал), вставляли в него трубку и исследовали вытекавший наружу сок. Однако, смешанный с пищей, он представлял мало интереса для науки. Чтобы изучить свойства пищеварительного сока, приходилось делать настой из слизистой оболочки желудка животного.
Павлову выпала честь вывести физиологию органов пищеварительного тракта из тупика, в котором она пребывала долгие годы, и поднять эту науку на небывалую высоту. Основным инструментом его исследования стал тончайший, виртуозный эксперимент. Он придумал и осуществил целую серию остроумных, утонченных хирургических операций. Так, например, для детального изучения работы желудочных желез Павлов разработал и впервые провел операцию образования так называемого «маленького желудка». Суть ее заключалась в том, что из части желудка собаки выкраивался небольшой изолированный мешочек. Пища в него попасть не могла, и маленький желудок мог служить зеркалом всех химических процессов, происходящих в большом желудке. Благодаря фистуле в его полости экспериментатор имел возможность наблюдать, как меняется состав желудочного сока в зависимости от поступающей пищи. Своеобразными «окошками», через которые можно было наблюдать работу различных органов пищеварительного тракта, стали для Павлова фистулы, которые он научился выводить из самых разных мест — из пищевода, желудка, кишечника, из протоки поджелудочной железы, из каналов слюнных желез и т. п. Все это позволяло ему по желанию изолировать интересующие его органы от остальных частей пищеварительного тракта, наблюдать и исследовать их работу независимо друг от друга. Одна группа исследователей была приставлена к желудку, другая — к поджелудочной железе, третья — к кишечному каналу. Отсчитывались капли слюны, желудочного и кишечного сока, а также желчи, изучался их химический состав и его изменение в зависимости от характера и количества пищи. За несколько лет был накоплен уникальный материал, позволивший ответить на множество вопросов.
