La récupération spontanée correspond à la réapparition d'une réponse conditionnée après une période de repos suivant l'extinction. La réponse réapparaît même en l'absence de tout nouvel appariement entre les stimuli conditionnés et inconditionnés.

Après l'extinction d'une réponse conditionnée par la présentation répétée du stimulus conditionné seul, une pause est introduite. Lors de la nouvelle présentation du stimulus conditionné, la réponse réapparaît souvent, mais avec une intensité réduite. Des essais d'extinction supplémentaires l'affaiblissent encore davantage, mais une récupération spontanée peut se produire après de nouvelles pauses. Ce phénomène montre que l'extinction n'efface pas l'apprentissage initial ; elle crée une association inhibitrice concurrente qui peut se dissiper temporairement.

La récupération spontanée s'observe aussi bien dans le conditionnement classique que dans le conditionnement opérant. Elle contribue à expliquer pourquoi des peurs ou des habitudes éteintes réapparaissent parfois après une période d'accalmie. L'élimination complète d'un comportement conditionné peut nécessiter plusieurs séances d'extinction espacées dans le temps ou une extinction menée dans des contextes variés.

Une réaction qui semblait avoir disparu peut réapparaître après une pause. Ce retour est appelé récupération spontanée.