Целостная концепция Павлова позволила по-новому взглянуть на человеческий организм, поставить вопрос о его резервах, приспособляемости функций к окружающей среде. Выступая в Стокгольме с речью при вручении ему Нобелевской премии, И.П. Павлов сказал: «Животный организм представляет крайне сложную систему, состоящую из почти бесконечного ряда частей, связанных как друг с другом, так и в виде единого комплекса с окружающей природой и находящихся с ней в равновесии. Равновесие этой системы, как и всякой другой, является условием ее существования. Там, где мы в этой системе не умеем найти целесообразных связей, это зависит только от нашего незнания, что, однако, вовсе не обозначает, что эти связи при продолжительном существовании системы не имеются налицо».
После получения Нобелевской премии И.П. Павлов продолжил свои новаторские исследования. Он посвятил себя исследованию высшей нервной деятельности, создал учение об условных рефлексах. Учёный считал, что существуют безусловный рефлекс — врожденная реакция организма на внешние раздражители и условный рефлекс — как результат накопления организмом индивидуального опыта. Таким образом, условный рефлекс является наивысшей в контексте эволюции формой приспособления организма к среде. Изучая процессы в коре больших полушарий головного мозга, Павлов много сделал для изучения проблемы сна. Под влиянием идей ученого стала возможным разработка методов лечения невротических нарушений.
После революции 1917 г. И.П. Павлов, несмотря на ряд интересных предложений из-за рубежа, остался работать в России: он не считал порядочным бросать созданный в течение предыдущих 30 лет и великолепно оснащенный научной аппаратурой институт, бережно выпестованный коллектив учеников-единомышленников. Даже в условиях разрухи, охватившей Россию после революции и гражданской войны, пожилой, но чрезвычайно энергичный и бодрый академик продолжал интенсивно работать.
Павлов добился создания при Институте экспериментальной медицины загородной Биостанции на базе совхоза Колтуши в 12 километрах от города. Колтуши (ныне Павлово) в дальнейшем приобрели мировую известность как исследовательский центр физиологии и патологии высшей нервной деятельности, как «столица условных рефлексов», которую посещали мировые знаменитости, приезжавшие в СССР: датский физик, лауреат нобелевской премии 1922 г. Нильс Бор, английский писатель-фантаст Герберт Уэллс, известный американский клиницист Джон Келлог. Поработать вместе под руководством Ивана Петровича Павлова, в одном коллективе с русскими учеными на биостанции в Колтушах в 1920-х — и до середины 1930-х гг. было очень престижным, сюда приезжали физиологи, биологи, хирурги со всего мира — из Германии, Голландии, Великобритании, США.
