Виняткові досягнення І.П. Павлова в області фізіології травлення обумовлені перш за все новими методологічними та методичними принципами, внесеними в фізіологію. Павлов розробив і широко застосував складні і разом з тим досить досконалі хірургічні методи. Він був переконаний, що «тільки розвиток оперативного дотепності і мистецтва в області травного каналу розкриє перед нами всю вражаючу красу хімічної роботи цього органу ...».
На оперованих тварин І.П. Павлов і його численні учні вивчили вплив різних умов на діяльність травних залоз, зокрема вплив прийому різних видів їжі. В ході дослідження було виявлено велику кількість фактів, що свідчать про наявність доцільною пристосованості системи органів травлення до зовнішніх умов. У розумінні цих доцільних пристосувань Павлов керувався вченням Дарвіна і ідеєю нервизма. У зв'язку з цим особливу увагу він звернув на розкриття нервового механізму секреції травних залоз. В результаті роботи Павлова і його учнів функція травлення стала однією з найбільш добре вивчених.
Систематичні дослідження в цій області він почав проводити тільки в 1891 році в лабораторії Інституту експериментальної медицини. Основною ідеєю в цих роботах, також як у дослідженнях з кровообігу, була ідея нервизма, запозичена Павловим від С. П. Боткіна та І. М. Сеченова. Однак вивчення регуляторної функції нервової системи (в процесі травлення) у здорової тварини не могло бути здійснене за методичних можливості, які мала фізіологія того часу.
Створенню нових методів, нових прийомів у фізіології Павлов присвятив ряд років. Їм були розроблені спеціальні операції на органах травного тракту і введено в практику метод хронічного експерименту, який дозволив вивчати діяльність травного апарату на здоровому тварину. У 1879 році Іван Петрович вперше в історії фізіології справив операцію, в результаті якої отримав постійну фістулу підшлункової залози. Навколо одне з двох її проток він вирізав невелику ділянку кишки, а що утворилися в кишці отвори зашив; вирізаний шматок він вшили в шкірну рану так, щоб сік міг по протоку витікати назовні. Інший протоку залози залишався на місці. З цього протоку сік продовжував виливатися в кишку, і нормальне травлення не порушувалось. Через деякий час рана зажила, і вчений приступив до подальших дослідів.
Операція зроблена Павловим, була докорінно відмінною від тих, які зазвичай проводилися для вивчення різних відділів травного тракту. Вперше з'явилася можливість вивчати на здоровому тварину виділення одного з травних соків в чистому вигляді - без домішки їжі. Собаки з фістули підшлункової залози жили в Павлівської лабораторії роками.
Щоб вивчити роботу слинних залоз, Павлов разом зі своїм учнем Глинским розробив новий спосіб операцій, який дозволяв у будь-який момент зібрати чисту слину без домішки їжі.
Слина виділяється в порожнину рота за спеціальними вивідним протоках. Треба було спрямувати не в порожнину рота, а назовні. Для цього кінець протока однієї з слинних залоз разом з невеликим шматочком слизової оболонки рота Павлов відокремив від сусідніх тканин. Потім через отвір, виконаний в стінки порожнини рота, він вивів кінець протока назовні і прикріпив його до шкіри. Вже через кілька днів після операції кінець протоки, оточений слизовою оболонкою, добре прижилися і дозволив приступити до досвіду.
Робота слинних залоз виявилася дуже складною і різноманітною. З дивовижною точністю і сталістю залози відповідають на різні подразнення.
Але І. П. Павлов не обмежився цими дослідами і разом зі своєю співробітницею Е. О. Шумовий-Симановского зробив своєю піддослідної собаці, вже мала фістулу шлунка, ще одну додаткову операцію: оголив верхню частину стравоходу, перерізав його, вивів обидва кінці назовні і зміцнив їх по краях рани.
Після операції їжа, яку з'їдала собака, вивалюється назовні через отвір перерізаного стравоходу. Собака з фістули шлунка і перерізаним стравоходом кілька годин поспіль могла ковтати одну і ту ж їжу і не насититься нею. При такому уявному годуванні, як і передбачав великий вчений, з фістули шлунка виділявся абсолютно чистий шлунковий сік, незмішаний ні з їжею, ні зі слиною. Таким чином, він зміг довести, що робота шлункових залоз підпорядкована нервовій системі і управляється ними. Проопероване тварина ставало, за висловом Павлова "невичерпною фабрикою" шлункового соку. Воно може виділяти через фістулу кожен день по 300-400, а іноді і до 700 мл шлункового соку без шкоди для свого здоров'я. У верстатах стояло 10 собак. За 6-7 годин уявного годування вони давали кілька літрів соку, який використовувався для лікування людей при деяких шлункових захворюваннях.
У той час багато критики Павлова наполягали на тому, що уявне годування - не справжнє. Треба було знайти спосіб збирати чистий шлунковий сік в той час, коли їжа знаходиться в шлунку.
Разом зі своїм помічником доктором хатині Іван Петрович довго і наполегливо розробляв новий спосіб операції. І, врешті-решт, після кількох невдалих дослідів, домігся успіху: ізольований шлунок був зроблений так майстерно, що не були пошкоджені не тільки кровоносні судини, а й нерви. Склад шлункового соку у великій і малій частинах виявився однаковий. Теорія Павлова цілком і повністю була підтверджена на практиці. Це була справжня наукова перемога. Тепер ні якої критик не міг ні в чому дорікнути його. До нього прийшла всесвітня популярність, і популярність ця була заслуженою.
Досліди на собаках з Павловським ізольованим шлунком показали, що шлункові залози, так само як і слинні реагують на характер що надходить в шлунок їжі і відповідно змінюють свою роботу.
Кожен досвід починався з годування тварини певною кількістю того чи іншого продукту, наприклад м'яса хліба чи молока. Виявилося, що переваривающая сила соку, т. Е. Швидкість, з якою він діє на що містяться в їжі білки, неоднакова при годівлі різними харчовими продуктами. "Шлункові залози, - писав Павлов, - працюють з великою точністю, даючи на їжу щоразу стільки потрібно для даного матеріалу по раз встановленої нормі".