Spontaan herstel is het opnieuw verschijnen van een geconditioneerde respons na een rustperiode volgend op extinctie. De respons keert terug, ook al heeft er geen verdere koppeling van de geconditioneerde en ongeconditioneerde stimuli plaatsgevonden.

Nadat een geconditioneerde respons is uitgedoofd door herhaaldelijke presentatie van alleen de geconditioneerde stimulus, wordt een pauze ingelast. Wanneer de geconditioneerde stimulus opnieuw wordt aangeboden, verschijnt de respons vaak weer, zij het in mindere mate. Extra extinctieproeven verzwakken de respons nogmaals, maar spontaan herstel kan na verdere rustperiodes weer optreden. Dit fenomeen laat zien dat extinctie het oorspronkelijke leerproces niet uitwist; het creëert een concurrerende remmende associatie die tijdelijk kan verdwijnen.

Spontaan herstel wordt waargenomen bij zowel klassieke als operante conditionering. Dit helpt verklaren waarom uitgedoofde angsten of gewoonten soms terugkeren na een periode van rust. Volledige eliminatie van een geconditioneerde respons kan meerdere extinctiesessies vereisen, verspreid over een bepaalde tijd, of extinctie in verschillende contexten.

Een reactie die verdwenen leek, kan na een pauze weer terugkomen. Die terugkeer noemen we spontaan herstel.