条件反射是个体生活过程中，在非条件反射的基础上形成的，也可通过实验训练形成。例如，给狗进食会引起唾液分泌，这是非条件反射，食物是非条件刺激。给狗以铃声刺激，狗并不分泌唾液，因为铃声与进食无关，故称为无关刺激。但如在给狗进食前先出现铃声，然后再给食物，两者多次结合后，单独给以铃声刺激，狗也会分泌唾液。这是因为铃声与食物多次结合应用后，铃声已成为食物的信号，由无关刺激转变成条件刺激。由条件刺激引起的反射称为条件反射。在日常生活中，任何无关刺激只要多次与非条件刺激结合，都可能成为条件刺激而建立条件反射，因而条件反射数量无限。条件反射形成的基本条件是无关刺激与非条件刺激在时间上的结合，这个过程称为强化。条件反射建立后，如果只反复给予条件刺激，不再用非条件刺激强化，经过一段时间后，条件反射效应逐渐减弱，甚至消失，这称为条件反射的消退。初建立的条件反射还不巩固，容易消退。为使条件反射巩固下来，就需要不断地强化。人们的学习过程就是条件反射建立的过程，要想获得巩固的知识，就要不断地复习强化。
条件反射形成的机制尚未完全清楚，可能是传入的非条件刺激信息和条件刺激的信息，在各级中枢之间建立了暂时性的功能联系，在人类和高等动物这种暂时性功能联系，必须通过大脑皮层才能建立起来。