Ab dem Jahre 1870 studierte Iwan Pawlow an der Universität von St. Petersburg zunächst Physik. Schnell wechselte er allerdings auf das Studienfach Physiologie. Wie sich in späteren Jahren herausstellen sollte, hatte er damit genau die richtige Wahl getroffen.
Nun gehörten Fächer wie Medizin, Chemie und Tierphysiologie zu seinem Lehrplan. Er beendete dieses Studium mit Auszeichnung.
Im Jahre 1883 erfolgte seine Dissertation mit dem Thema "Zentrifugale Herznerven". Er erhielt seine Promotion zum Dr. der Medizin. Zudem verlieh man ihm den Titel des Professors.