伊凡·彼得羅維奇·巴甫洛夫的父親是鄉村牧師，因此知書達理。
父親喜歡看書，這給他的兒子帶來了極好的影響。逢雨雪天氣不能在外麵勞動，父親彼得就在家裏看書。巴甫洛夫也好奇地過去和父親一起翻書，他還不認識字母，也不知道書的倒正。父親看到他這個樣子，很高興。他是準備讓兒子很好地看書學習的，但不是當科學家，而是當教堂的神職人員，將來能像自己一樣在宗教事務中弄個公職也就行了。
這個聰明的父親認識到兒子從小就必須識字，自己忙於屋外事務沒有時間，自己的妻子又不識字。沒辦法，他時常把巴甫洛夫送到駝背鄰居巴夫拉·弗拉索夫娜那裏去學識字，可一年到頭學到的就是五穀雜糧之類的莊稼名稱，學來學去，孩子們總也鬧不明白詞尾和各種字母。於是，父親就不送他去巴夫拉·弗拉索夫娜那裏去了，而是改學小書本。
這其中對巴甫洛夫最有影響的是克雷洛夫的寓言。這本書是他最早的認字課本和最早讀到的書。他非常珍愛這本書，多少年來，在巴甫洛夫院士辦公室的寫字台上總是擺著這本心愛的書。即使是在打掃衛生的時候，也不許任何人挪動它。如果有誰挪動了這本書，他就會像他父親那樣大發雷霆：這東西在這裏擺了40年，誰也不許動它！
伊凡·彼得羅維奇·巴甫洛夫該上學了，父母的心裏都這麼想著，可是，意外的事情發生了，他在棚頂上攤曬蘋果時，不小心從棚頂摔到石頭平台上，傷勢十分嚴重，父母都後悔不該讓他上去，母親還曾暗自落淚。多虧了他們家的親戚——特洛茨基修道院院長——救了他。他收巴甫洛夫為教子，親自教他鍛煉身體，擦身子，沐浴，扶他站起來練習走路。
兩年以後，正趕上開學之前他就把巴甫洛夫領回了梁讚。於是11歲的伊凡就和9歲的弟弟德米特裏一起上了一年級，而且是在同一個班裏，目的是讓弟弟照料一下哥哥。
兄弟倆開始在這個學校學習神學和文化課。入門課程大概有舊約和新約的神學史，習唱教堂歌曲，習字，斯拉夫語法和俄語語法，算術等等。
上完這個學校，兄弟倆進入宗教中學，巴甫洛夫這才開始顯示出真正的聰明才智。每天早上他們沿著尼科裏斯卡婭大街向右跑，然後轉彎到宗教中學。從個性上說，巴甫洛夫比較穩重，喜歡看書，不像愛惡作劇的德米特裏那樣淨幹些無聊的勾當。所以父親對長子巴甫洛夫特別寄予厚望，隻想他上完了學，當上神父，就能把自己的教區交給他。眼下就讓他背誦拉丁文，希臘文，死啃神學，鑽研哲學，練練修辭，日後好讓他主持教堂事務。
當時，學校開設的課程主要是聖經和宗教史，但同時也涉及一點邏輯學、心理學、教育學、哲學、曆史以及俄國文學。未來的神職人員要求必須懂得物理和數學，不僅要學古老的拉丁語和希臘語，而且要學法語和德語。學校裏也開設自然史的課程，也可以寫命題作文，以便培養學生們推理和自由表達思想的能力。未來的傳教士不會這些是不行的。此外，學校還精心教學生進行辯論，以便使這些教會人員對虔誠的教民們提出的各種問題能夠有問必答。
中學生巴甫洛夫特別能言善辯，他終生具有這種本領。他不希望他的辯論對手附和，宣布休戰，他要逐條駁倒對方。他讓弟弟、同班同學，甚至父親和他進行激烈辯論，當然不是談宗教教條。
巴甫洛夫自己曾回憶道：“在青年時代，我是喜歡爭論的——寧可不吃飯！然而可以明白地說，這不是簡單地想爭論，這是磨煉思想和邏輯，也是深信自己的觀點的真理性和正確性。”
“常有這樣的事情，”巴甫洛夫講述著遙遠的過去，“為了一點微不足道的小事就爭論起來，這種爭論也會達到高潮。在與對方爭論時，我有時可能采用這種哲學，就是重點地盯住什麼。如果我堅持什麼，就是用大炮也不能打倒我——你會驚異，這種性格是從哪兒來的！”
辯論培養了巴甫洛夫的邏輯思維，為他後來的演講奠定了基礎。巴甫洛夫的演講，生動有趣，深入淺出，吸引了成千上萬的聽眾。在他小時候，他父親訂閱了很多的報紙雜誌，如《省公報》、《莫斯科公報》、《梁讚女子學校公報》，還有當時最流行的雜誌《涅瓦》。家裏還有各種各樣的圖書，巴甫洛夫如饑似渴地讀著。他找到了一本印有彩色插圖的書，名字叫《日常生活中的生理學》。從目錄上看，書中充滿了各種令人吃驚的故事：饑餓的痛苦；加爾各答黑洞穴的曆史；吃黏土的人……窄的緊身帶；在倫敦德裏號輪船上72人窒息而死；兩名自殺者；巡回演出的魔術家和一些諸如此類的事。作者是一個叫劉易斯的人，講的是一些平凡無奇的事物：消化、呼吸、心髒的工作。講得活靈活現，繪聲繪色，使讀者耳目一新。
就像胃的功能這樣普通的事情，在作者筆下也變得有些神奇。這本引人入勝的書中，詳細地講述了食物在胃裏和腸道裏可能遇到的各種奇遇，其結果是肉、蛋、奶、糧、菜、瓜變成了我們身體的建築材料和力量的源泉。
父親在他小的時候就告訴他，讀書要讀兩遍，這一條規矩他以後一直恪守不渝。《日常生活中的生理學》，他不知讀了多少遍，此書激發了他的想像力，他已經銘記在心。即使在成年以後，他這位“世界第一生理學家”在需要的時候仍憑記憶整頁整頁地引用這本書。很難料到，如果童年時不和這種描繪精辟而出奇的科學不期而遇，他是否能成為生理學家。不管怎麼說，他最早的著作正是有關心髒和消化器官的功能的。