Le conditionnement classique est un apprentissage qui se produit lorsqu'un stimulus neutre est associé à un stimulus qui déclenche déjà une réponse. Après des associations répétées, le stimulus neutre lui-même finit par déclencher une réponse similaire.

Les expériences d'Ivan Pavlov sur les chiens restent l'exemple classique. Le son d'un métronome, initialement sans lien avec la nourriture, était présenté juste avant celle-ci. La nourriture provoquait naturellement la salivation. Après plusieurs associations, le métronome seul suffisait à provoquer la salivation. La nourriture est le stimulus inconditionnel ; la salivation provoquée par la nourriture est la réponse inconditionnelle ; le métronome devient le stimulus conditionnel ; la salivation provoquée par le métronome est la réponse conditionnelle.

Ce phénomène est répandu. Les réactions émotionnelles aux lieux, aux personnes et aux publicités sont souvent conditionnées. Une aversion gustative peut s'acquérir par la simple association d'un nouvel aliment à une maladie ultérieure. Des techniques thérapeutiques comme la désensibilisation systématique utilisent les mêmes principes, mais à l'inverse, pour réduire la peur conditionnée.

Le conditionnement classique démontre que le système nerveux enregistre automatiquement des relations prédictives entre les événements, même lorsque l'organisme n'essaie pas d'apprendre quoi que ce soit.