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实验动物通常较长时间甚至终生或者数代都生活在一个高度受控的设施环境中，其生活空间大小、环境温度、湿度、光照、气流、空气洁净度等长年变化不大。这些动物不需要寻找饮水、食物，不需要躲避天敌，更没有机会选择配偶，一切都被人为控制。实验动物及其生活的环境构成了一个相对简单和封闭的生态系统。大量研究表明，温度、湿度、光照、噪音、气味等环境因素的改变，对动物的体温、呼吸、脉搏等生理功能和生长发育，以及动物的采食、领域、节律、繁殖、哺育、社群等行为都有明显影响。
时间感是许多动物与生俱来的感觉，动物体内的生物钟由基因控制，而外在因素对生物钟具有校正作用，使动物内外的节律保持同步。饲养在屏障环境中的大鼠、小鼠虽然见不到自然的白天与黑夜，但其仍表现出24小时的昼夜活动节律。由于屏障环境的明暗由灯光控制，昼夜交替时间也是模拟自然的夏冬季节变换而设置，故实验鼠内在的生物钟也随之作出相应调整，其采食、交配等行为在熄灯后表现更为活跃。
夜行性哺乳动物对外界环境反应敏感，适应性差，不恰当的光照可导致其性周期和内分泌紊乱，丧失节律，还可能导致哺乳母鼠神经紊乱，发生食仔现象。此外，动物的活动节律还会受到饲料及饮水的供应时间、工作人员上下班或其他活动的影响。科研人员进行大鼠、小鼠的动物实验时，如果需要夜间进入饲养间，可采取零星光照、调低光照强度等方法来避免夜间过多、过强光照对动物的干扰。
人工饲养的实验动物生活在有限空间的笼具中，其社群行为受到很大影响，比如饲养密度、雌雄比例、饲料添加量、换窝频率、房间气味等都会影响同笼动物的进食、排泄、争斗以及以视觉、听觉、嗅觉、触觉等为基础的社群行为。成群饲喂的动物个体之间可能因争夺饲料或饮水而出现竞争，并形成在看到其他动物采食而开始进食的种群促进作用。如果多只动物要在有限的料槽空间中同时采食，可能会增强现有的争夺行为。
实验动物常被用于行为学研究，其中学习行为是重要的研究内容。一般来说，动物的行为如果在特定的刺激场合下发生了变化，就认为是一种学习过程。学习是动物从经历中获益使它的行为能更好适应环境条件的过程，某些非人灵长类动物个体使用工具主要就是靠学习模仿。哺乳动物具有很强的学习能力，能够从经验中获利，但其内在的行为模式仍然构成了其行为系统的重要部分。如大鼠体形大小适中，行为表现多样，情绪反应灵敏，适应新环境快，探索性强，可人为唤起和控制其视、触、嗅等感觉，神经系统反应方面与人有一定的相似性，所以在学习行为及行为异常的研究中用得很多，例如迷宫训练、奖励和惩罚效应、高级神经活动障碍等研究。
实验动物生活的环境完全不同于自然环境，动物的很多天性难以发挥。长此以往，动物尤其是单笼饲养的动物可能出现一些异常行为，如倦怠、异食、破坏、易攻击、抑郁甚至自残。最为常见的是没有明显目的的机械重复行为，也称刻板行为，比如小鼠在笼盒里连续几个小时翻跟斗、上蹿下跳、原地打转等，被关在铁笼里的犬长时间不停地吠叫，非人灵长类动物在笼舍里来回踱步、摇头、吹气、制造噪音等。实验动物长时间被禁锢在狭小的笼具里生活，就像人被常年囚禁在低矮的牢房里一样，漫长的煎熬，内心的孤独烦躁、行为受限都会给动物的身心健康造成严重的不良影响。
实验动物在人为控制的环境下生长繁殖，要完全实现自然行为是不可能的。研究人员只能在尽可能多地掌握每种实验动物的自然行为的基础上，尽量满足动物的行为需求，为动物提供更加宽敞、舒适的生活环境，增加环境丰容度，让动物有机会表达天性，并保持健康的生理和精神状态。