巴甫洛夫通过实验发现了条件反射的原理，这为他赢得了国际声誉。

在他最著名的实验中，他通过训练，让狗听到铃铛的声音就不由自主地大量分泌唾液。但很少有人知道，他曾经在自己亲弟弟身上做过类似的实验。这次实验的具体细节刚刚被披露，实验本身以及它悲剧性的进展进一步激化了人们对在动物或自己亲属身上进行科学实验伦理问题的争论，反对进行人体克隆实验的人们也开始以此作为例证。1903年春季的一天，巴甫洛夫和父母、弟弟一起参加一次午宴。弟弟尼古拉是一个帽子设计师，但当时正失业在家。兄弟俩感情并不好，弟弟对大名鼎鼎的学者哥哥已经由嫉妒演变成赤裸裸的厌恶。午宴上，巴甫洛夫说起他正在进行的研究，说要在狗身上进行唾液分泌的条件反射实验。当时，他正觉得弟弟喝红菜汤的“呼噜”声无法忍受，所以恶狠狠地把“狗”说成了“脏狗”。还没等他说完自己的计划，妈妈打断了他。“你和那些混蛋一起研究还不如找你的弟弟和你一起去，你弟弟最馋嘴了，谁的口水也没有他多。”“妈妈，我知道自己该怎么工作。”巴甫洛夫回答道。“但是你的决定会让你失业的弟弟继续闲在家里，而把工作机会让给那些你甚至根本不认识的脏狗！”面对夹杂不清的母亲，巴甫洛夫只好向父亲投去求助的目光。但这个可怜的老实人已经和夫人共同度过了太长的岁月，他的脸上是和往常一样顺从的谄媚微笑。“我觉得这主意挺好，你们兄弟俩正好可以多花点时间在一起，在工作中还可以互相帮助。”老两口的好意显然没有任何效果，踏入实验室的大门，兄弟俩就气呼呼地对视着，助手们都看得出他们之间已经仅剩下憎恨，丝毫没有一点兄弟的情谊了。尼古拉不想被当作一只小白鼠，但巴甫洛夫觉得他连一个合格的实验动物都算不上，连一条狗都不如。在选一个能让尼古拉有食欲、流口水的盘子时，他们就吵得不可开交。然后，在讨论选什么食物作为实验的辅助材料时，他们再一次争吵起来。尼古拉坚持说除了上好的鱼子酱，别的东西不能让他马上流口水。巴甫洛夫气炸了肺，他生气地说，科学家的研究是为了崇高的理想，不是为了赚钱，他自己都吃不起鱼子酱，怎么能拿这么贵重的东西喂“狗”。争吵了几天，鱼子酱飞出了实验室，取而代之的是烤面包片。实验开始的头两天，巴甫洛夫一次又一次地先摇响铃铛，然后给弟弟一盘面包片。他在实验日志中写道：“我弟弟就像屁股上的脓包一样让人讨厌，但不可否认的是，他分泌唾液的反射非常好，是个合适的实验品。”但在第三天，意外发生了。巴甫洛夫像往常一样摇动铃铛，但却没有拿出面包片。尼古拉的反应并不是止不住地流口水，而是抡圆了胳膊，打得哥哥鼻血长流，把巴甫洛夫打进了医院。母亲到医院看望儿子，但丝毫没有同情的意思。“你在搞什么狗屁实验，摇了铃铛但不给尼古拉吃的，”她质问道，“你知道你弟弟肚子饿的时候就像个疯子一样。”巴甫洛夫躺在医院里，尼古拉可没闲着。他流连于圣彼得堡的各个酒吧和咖啡屋，随便逮着一个人，就跟他说“自己”进行的实验多么令人惊奇。尼古拉的夸夸其谈达到了顶峰，他在接受《圣彼得堡日报》周末版的采访时，让自己完全替代了巴甫洛夫在实验室里的地位。“他只是我的书记员”，他对记者们吹嘘道，“我才是整个实验的指导者，我在仔细地流口水的时候他就知道在一边傻呵呵地摇铃铛。”在病床上读到这篇报道，巴甫洛夫再也忍受不住了，他不顾还打着石膏的鼻子，重新回到了实验室。这次，巴甫洛夫找了一只公牧羊犬代替自己的弟弟。实验者和实验品终于不用再说话，兄弟俩也再没有说过话，只有一次巴甫洛夫收到一封辱骂自己的电报，他觉得这是弟弟发的。在获得诺贝尔奖的致谢辞中，他感谢了上帝、他的助手们，还有那只牧羊犬，但没有提及尼古拉。尼古拉折腾了一阵后，渐渐在人们的视野里消失了。他后来进入圣彼得堡的橡皮厂当会计。那些曾经听说过他辉煌的过去、并一直到他平庸的晚年还认识他的人，都承认在他身上丝毫找不到曾经扮演过科学史上如此重要角色的印记，当然，在电话铃声响起的时候除外。