क्लासिकल कंडीशनिंग वह अधिगम प्रक्रिया है जो तब होती है जब एक तटस्थ उद्दीपन को ऐसे उद्दीपन के साथ जोड़ा जाता है जो पहले से ही प्रतिक्रिया उत्पन्न करता है। बार-बार जोड़े जाने के बाद, तटस्थ उद्दीपन स्वयं भी वैसी ही प्रतिक्रिया उत्पन्न करने लगता है।

इवान पावलोव के कुत्तों पर किए गए प्रयोग आज भी इसका उत्कृष्ट उदाहरण हैं। शुरुआत में मेट्रोनोम की ध्वनि का कोई महत्व नहीं था, लेकिन भोजन से ठीक पहले उसे सुनाया गया। भोजन से स्वाभाविक रूप से लार उत्पन्न हुई। कई बार ऐसा होने के बाद, केवल मेट्रोनोम की ध्वनि से ही लार उत्पन्न होने लगी। भोजन अप्रतिबंधित उद्दीपन है; भोजन के प्रति लार का उत्पन्न होना अप्रतिबंधित प्रतिक्रिया है; मेट्रोनोम अब अनुकूलित उद्दीपन बन जाता है; मेट्रोनोम के प्रति लार का उत्पन्न होना अनुकूलित प्रतिक्रिया है।

यह घटना व्यापक रूप से प्रचलित है। स्थानों, लोगों और विज्ञापनों के प्रति भावनात्मक प्रतिक्रियाएँ अक्सर शास्त्रीय रूप से अनुकूलित होती हैं। किसी नए भोजन के साथ बाद में होने वाली बीमारी के एक ही अनुभव से स्वाद के प्रति अरुचि उत्पन्न हो सकती है। व्यवस्थित विसंवेदीकरण जैसी चिकित्सीय तकनीकें अनुकूलित भय को कम करने के लिए इन्हीं सिद्धांतों का विपरीत रूप से उपयोग करती हैं।

क्लासिकल कंडीशनिंग से पता चलता है कि तंत्रिका तंत्र घटनाओं के बीच पूर्वानुमानित संबंधों को स्वचालित रूप से रिकॉर्ड करता है, भले ही जीव कुछ भी सीखने की कोशिश न कर रहा हो।