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伊凡·彼得罗维奇·巴甫洛夫的父亲是乡村牧师，因此知书达理。
父亲喜欢看书，这给他的儿子带来了极好的影响。逢雨雪天气不能在外面劳动，父亲彼得就在家里看书。巴甫洛夫也好奇地过去和父亲一起翻书，他还不认识字母，也不知道书的倒正。父亲看到他这个样子，很高兴。他是准备让儿子很好地看书学习的，但不是当科学家，而是当教堂的神职人员，将来能像自己一样在宗教事务中弄个公职也就行了。
这个聪明的父亲认识到儿子从小就必须识字，自己忙于屋外事务没有时间，自己的妻子又不识字。没办法，他时常把巴甫洛夫送到驼背邻居巴夫拉·弗拉索夫娜那里去学识字，可一年到头学到的就是五谷杂粮之类的庄稼名称，学来学去，孩子们总也闹不明白词尾和各种字母。于是，父亲就不送他去巴夫拉·弗拉索夫娜那里去了，而是改学小书本。
这其中对巴甫洛夫最有影响的是克雷洛夫的寓言。这本书是他最早的认字课本和最早读到的书。他非常珍爱这本书，多少年来，在巴甫洛夫院士办公室的写字台上总是摆着这本心爱的书。即使是在打扫卫生的时候，也不许任何人挪动它。如果有谁挪动了这本书，他就会像他父亲那样大发雷霆：这东西在这里摆了40年，谁也不许动它！
伊凡·彼得罗维奇·巴甫洛夫该上学了，父母的心里都这么想着，可是，意外的事情发生了，他在棚顶上摊晒苹果时，不小心从棚顶摔到石头平台上，伤势十分严重，父母都后悔不该让他上去，母亲还曾暗自落泪。多亏了他们家的亲戚——特洛茨基修道院院长——救了他。他收巴甫洛夫为教子，亲自教他锻炼身体，擦身子，沐浴，扶他站起来练习走路。
两年以后，正赶上开学之前他就把巴甫洛夫领回了梁赞。于是11岁的伊凡就和9岁的弟弟德米特里一起上了一年级，而且是在同一个班里，目的是让弟弟照料一下哥哥。
兄弟俩开始在这个学校学习神学和文化课。入门课程大概有旧约和新约的神学史，习唱教堂歌曲，习字，斯拉夫语法和俄语语法，算术等等。
上完这个学校，兄弟俩进入宗教中学，巴甫洛夫这才开始显示出真正的聪明才智。每天早上他们沿着尼科里斯卡娅大街向右跑，然后转弯到宗教中学。从个性上说，巴甫洛夫比较稳重，喜欢看书，不像爱恶作剧的德米特里那样净干些无聊的勾当。所以父亲对长子巴甫洛夫特别寄予厚望，只想他上完了学，当上神父，就能把自己的教区交给他。眼下就让他背诵拉丁文，希腊文，死啃神学，钻研哲学，练练修辞，日后好让他主持教堂事务。
当时，学校开设的课程主要是圣经和宗教史，但同时也涉及一点逻辑学、心理学、教育学、哲学、历史以及俄国文学。未来的神职人员要求必须懂得物理和数学，不仅要学古老的拉丁语和希腊语，而且要学法语和德语。学校里也开设自然史的课程，也可以写命题作文，以便培养学生们推理和自由表达思想的能力。未来的传教士不会这些是不行的。此外，学校还精心教学生进行辩论，以便使这些教会人员对虔诚的教民们提出的各种问题能够有问必答。
中学生巴甫洛夫特别能言善辩，他终生具有这种本领。他不希望他的辩论对手附和，宣布休战，他要逐条驳倒对方。他让弟弟、同班同学，甚至父亲和他进行激烈辩论，当然不是谈宗教教条。
巴甫洛夫自己曾回忆道：“在青年时代，我是喜欢争论的——宁可不吃饭！然而可以明白地说，这不是简单地想争论，这是磨炼思想和逻辑，也是深信自己的观点的真理性和正确性。”
“常有这样的事情，”巴甫洛夫讲述着遥远的过去，“为了一点微不足道的小事就争论起来，这种争论也会达到高潮。在与对方争论时，我有时可能采用这种哲学，就是重点地盯住什么。如果我坚持什么，就是用大炮也不能打倒我——你会惊异，这种性格是从哪儿来的！”
辩论培养了巴甫洛夫的逻辑思维，为他后来的演讲奠定了基础。巴甫洛夫的演讲，生动有趣，深入浅出，吸引了成千上万的听众。在他小时候，他父亲订阅了很多的报纸杂志，如《省公报》、《莫斯科公报》、《梁赞女子学校公报》，还有当时最流行的杂志《涅瓦》。家里还有各种各样的图书，巴甫洛夫如饥似渴地读着。他找到了一本印有彩色插图的书，名字叫《日常生活中的生理学》。从目录上看，书中充满了各种令人吃惊的故事：饥饿的痛苦；加尔各答黑洞穴的历史；吃黏土的人……窄的紧身带；在伦敦德里号轮船上72人窒息而死；两名自杀者；巡回演出的魔术家和一些诸如此类的事。作者是一个叫刘易斯的人，讲的是一些平凡无奇的事物：消化、呼吸、心脏的工作。讲得活灵活现，绘声绘色，使读者耳目一新。
就像胃的功能这样普通的事情，在作者笔下也变得有些神奇。这本引人入胜的书中，详细地讲述了食物在胃里和肠道里可能遇到的各种奇遇，其结果是肉、蛋、奶、粮、菜、瓜变成了我们身体的建筑材料和力量的源泉。
父亲在他小的时候就告诉他，读书要读两遍，这一条规矩他以后一直恪守不渝。《日常生活中的生理学》，他不知读了多少遍，此书激发了他的想像力，他已经铭记在心。即使在成年以后，他这位“世界第一生理学家”在需要的时候仍凭记忆整页整页地引用这本书。很难料到，如果童年时不和这种描绘精辟而出奇的科学不期而遇，他是否能成为生理学家。不管怎么说，他最早的著作正是有关心脏和消化器官的功能的。
有些影响我们终身的兴趣爱好恰恰是在童年时期形成的。如瓦特童年时代就观察过水壶冒气使壶盖上下运动，最后发明了蒸汽机；法拉第还是当书籍装订铺的学徒工的时候就迷上了什么电呀、火花之类的东西，并进行一些简单的、有关的实验，后来成为伟大的科学家，电学理论的奠基人之一。因此，童年时期的兴趣爱好对一个人一生的发展往往也是很关键的。
伊凡·彼得罗维奇·巴甫洛夫十三四岁时，虽然对社会问题、社会现象还不太懂，但已多少了解到一些。当时沙皇的统治已经腐败透顶了，可教会学校和神学院还都为他唱赞歌，赞颂他的“成绩”和“伟大”之处，封建贵族和教会垄断着学校教育，他们为维护沙皇的专制统治而实行愚民政策，课堂上学到的自然科学知识十分有限。巴甫洛夫在教会学校和神学院学不到更多的知识，于是他另辟蹊径，在完成学校规定的课程外，开始大量阅读课外书籍。
当时，俄国一些著名的革命民主主义者，如赫尔岑、别林斯基、车尔尼雪夫斯基、杜勃罗留波夫等人的名声和思想已经广泛地流传。巴甫洛夫在家里，或在邮政大街的公立图书馆里，都能接触到革命民主主义者的文章。
这些文章，激烈地抨击沙俄统治的腐朽，要求进行社会革命，废除农奴制度。自由主义思想家皮萨列夫通过《俄罗斯言论》报，传播革命民主主义思潮。
伊凡·彼得罗维奇·巴甫洛夫和他的同学，早早就来到图书馆的门前，馆门一开，他们就一起涌向大厅，都想尽快得到最新一期的《俄罗斯言论》报，巴甫洛夫常常总是第一个得到这份报纸。
从皮萨列夫的文章《动植物世界的进步》中，他初步了解到了达尔文的生物进化论学说，知道了动物和人类的起源是自然界长期进化的结果，它根本与神无关。神永远不能加快人类社会发展的步伐，只有科学才能促进社会的发展。皮萨列夫说，科学应当成为“每个健康人的必不可缺的食粮”。
《现代人》杂志是尼·加·车尔尼雪夫斯基创办的反对沙俄统治的革命性刊物。他在《现代人》上发表长篇小说《怎么办？》，主张用革命的方法推翻沙皇统治，建立一个崭新的世界。
皮萨列夫的文章《新人》是讲述车尔尼雪夫斯基笔下描写的一批革命者，如何不畏强暴，进行革命宣传的故事。后来，尼·加·车尔尼雪夫斯基被反动派押在彼得保罗要塞监狱里。他在狱中仍然写文章，宣传革命。
这一切都是离奇、不可理解的。在宗教中学里反复讲的是神，不朽的灵魂，阴间生活，劝说人们听命，谦逊。而人世上发生的事却大不一样。先进的人们号召民众不要去盲崇迷信，而要去研究最重要的人生问题，号召人们与因循守旧、漠不关心和墨守成规的习气作斗争。通往这一前景的道路就是自然科学，它的自然使命是我们自己来描绘自己，描绘自己在自然界和社会中的地位。
一位叫亚·伊·赫尔岑的革命民主主义者，为了逃避沙皇政府的迫害，甚至不得不离开俄国，在伦敦创立了“自由俄罗斯出版社”，进行革命宣传。
随着革命民主主义者的大力宣传，在俄国出现了一些反映自然科学成果的书刊和杂志，上面发表了大量的自然科学论文。
当时，在《医学通报》上出现了著名科学家伊万·米哈依洛维奇·谢切诺夫的文章《大脑的反射》。文中写道：“亲爱的读者，你们当然可能有机会参加关于灵魂的实质及其与肉体的依附关系的争论。亲爱的朋友，和我们一起进入这个由大脑活动所产生的各种现象的世界里来吧！”
巴甫洛夫兴趣极浓地接受了作者的邀请，他继续往下看：
“小孩子看到玩具是不是要笑，加里波的由于太热爱祖国而遭驱逐时他是不是要微笑，姑娘们第一次想到爱情时会不会感到害怕，牛顿是否创立了举世闻名的一些定律并把它记在纸上，——凡此种种，决定的因素都是肌肉运动……读者们立刻就会明白，我们用兴奋、紧张、讥笑、痛苦、喜悦等语言来表示大脑活动外部所表现的各种性质，毫无例外，实质上都不过是某一组肌肉大收缩或小收缩的结果。大家知道，这种肌肉活动完全是机械活动。”
这些见解独到，新颖，引人入胜。但出版这类文章要遭逮捕，作者要进法院。为什么呢？教会认为这种文章，宣扬伤风败俗，败坏社会道德，想要消灭、推翻宗教学说。
尽管如此，巴甫洛夫还是这些学说的崇拜者。这些学说对他产生了强大的吸引力。他用父亲的旧眼镜做了个显微镜，并且经常去地下室找宗教中学的医生，询问一些他弄不懂的问题。他写了一篇作文，主题为：诗歌是否完全是无病呻吟，因为诗歌中的情景与形象和现实生活的真实情况不一致。他武断地声称：“所以，这种诗歌就是无病呻吟。因为同各种各样的无病呻吟一样，有百害而无一益。”接着他认为，只有自然科学才能带来真正的益处。
在公开辩论“灵魂中是否也存在人类的规律”这一题目时，巴甫洛夫讲了一大堆关于反射的渎神的话。在他看来，好像反射可以取灵魂而代之。而这一切好像故意发生在大主教本人在场的情况下。
最初，事情进行得还比较平稳。但是，他前面发言的人还没有来得及说完，巴甫洛夫就急不可待了：“因此，上述一切证明，从本质上讲，灵魂与身体无关，不从属于也不可能从属于人世的肉体规律。”巴甫洛夫这个叛逆者就像在拳击场上一样，勇猛地向对手扑了过去。
“是的，如果不考虑最新的科学成就，事情是这样的。显然，这位先生并不知道这些科学新成就。”然后，他向主教阁下方向鞠了一躬，继续说：“请允许我只提一个问题：什么叫反射？我看得出，我的对手脸白了，血液从他脸部流走了。为什么呢？我认为是由于害怕。这位先生害怕在我们的辩论中吃败仗，所以，当他听到无法解释的陌生名词时就惊慌失措了。由此可见，他脸白的原因不在于灵魂，而在于外界的刺激。根据实验记载判断，情况总是这样。在这里，要谈谈反射这个概念。反射是什么？反射是我们所看到、听到、接触到的东西的反映。而一切精神上的东西都是尘世的东西……”
未来的神职人员竟敢讲这些东西！这又怎么能和他宗教中学毕业后准备授予他的那个教职相容呢？就因为这个，判他受柳条抽打的惩罚吧！从年龄上讲，好像这个刑罚太重了些。或者通知他父亲，叫他把这个有罪过的不肖之子带得远一些。
最了解儿子的神职人员彼得·巴甫洛夫对事情发展到这种地步没有感到惊讶！因为他知道儿子的打算。
一天，吃完晚饭后，伊凡·巴甫洛夫把自己的打算告诉了父亲。
这天晚上，房间里寂静极了，只听见白桌布上发亮的大茶壶里沸水在滚响。“爸爸，”伊凡·巴甫洛夫开口了，同时拿眼睛不安地看了看身旁的母亲：“我不准备在宗教中学继续读下去了，我想现在就去彼得堡上大学。”
父亲严厉地看了看儿子，把手中的茶杯放到桌子上：“为什么这样着急呢？先念完神学院不可以吗？”
“我不想白白地浪费时间了，爸爸，有很多东西我需要知道。”巴甫洛夫低声说，可是，完全可从话里听出，他的态度是坚决的，他是经过深思熟虑的。
父亲拿起茶杯，呷了一口茶，然后慢条斯理地问道：
“你要知道什么呢？”
“我想知道人体是怎样构造的。”
“想当医生是吗？”父亲对儿子的回答没有感到意外，以为儿子将来想行医。
“不是。”儿子摇了摇头说。儿子的回答让父亲感到有些吃惊了。
“如果你不想当医生的话，那么，你为什么要知道人体是怎样构造的呢？”父亲继续问道。
“为了帮助人。”伊凡·巴甫洛夫热情地回答，其实他想说：“为了使人类变得健康、聪明而又幸福，用这种劳动来服务于祖国。”不过，他没有好意思说出来，只是笑笑而已。
这多么平凡而深刻啊！父亲被儿子认真的精神所感动了：
“你说得很有胆量，你想得更是勇敢，你能实现你的理想吗？”
“我会下工夫的。”
“那么，你已经想好了？”
“是的，爸爸，我已经想好了。”
父亲微笑着站起来，他认为儿子的决定是他自己的权利，做父亲的只能对子女的行动作适当的引导，而不能包办代替。他本想让儿子多读点书，多学点知识，将来能更好地完成神父的职责，谁知他还要向更高的目标攀登，他的想法是对的。
如今大主教把他找来，要他惩罚他的儿子，这还有什么惩罚的呢？反正也不想念了，就退学了之，随他去好了。
儿子对宗教神学的背叛，是受革命民主主义思想的影响，这一点，父亲是清楚的，然而他的儿子更清楚。
后来，巴甫洛夫院士在自传中写道：“在60年代文学的影响下，特别是在皮萨列夫的影响下，我们的学习兴趣大多转向了自然科学。我们当中不少人，包括我本人在内，决定进大学里攻读自然科学。”
后来他研究生理学，谢切诺夫的《大脑的反射》对他的影响是巨大的。他说：“在研究从史前时期以来就已经是人类最亲密、最忠实的伙伴——狗的时候，我做出这种决定的主要原动力还是远在我青年时代，俄罗斯生理学之父谢切诺夫的天才著作《大脑的反射》所给予我久经考验的影响——虽然当时并没有意识到这一点。”
虽然没有意识到这一点，但他却在自觉不自觉地朝着这条路进发了。
伊凡·彼得罗维奇·巴甫洛夫就要动身了。临走前，全家人按照俄罗斯的旧习惯围成一圈坐着。过了一会儿，谁也没有注意，父亲俏皮的、带着孩子气的眼光向儿子扫了一下，表示：你可以走了。父亲首先从容而严肃地站了起来，接着母亲和孩子们也都站起来了。
巴甫洛夫和全家人告了别，在门口又一次向父母辞了行，然后踏上了洒满阳光的、宽阔的街道。
太阳照耀在小木屋的窗玻璃上、马路上、水潭里，篱笆后头，刚被雨水冲洗过的、深绿色的茂密叶簇里，一个个粉红的小脸挂在苹果树上，向青年巴甫洛夫露出了微笑。巴甫洛夫也微笑着，他坚信，他将为他那可爱的故乡贡献出一切。