El condicionamiento clásico, también llamado condicionamiento pavloviano y condicionamiento respondiente, o modelo Estimulo-Estimulo (E-E), es un tipo de aprendizaje asociativo que fue demostrado por primera vez por Iván Pávlov. La forma más simple de condicionamiento clásico recuerda lo que Aristóteles llamaría la ley de contigüidad. En esencia, el filósofo dijo "Cuando dos cosas suelen ocurrir juntas, la aparición de una traerá la otra a la mente". A pesar de que la ley de la contigüidad es uno de los axiomas primordiales de la teoría del condicionamiento clásico, la explicación al fenómeno dada por estos teóricos difiere radicalmente de la expuesta por Aristóteles, ya que ponen especial énfasis en no hacer alusión alguna a conceptos como "mente". Esto es, todos aquellos conceptos no medibles, cuantificables y directamente observables. El interés inicial de Pavlov era estudiar la fisiología digestiva, lo cual hizo en perros y le valió un premio Nobel en 1904. En el proceso, diseñó el esquema del condicionamiento clásico a partir de sus observaciones: EI -------> RI

EC -------> RC
La primera línea del esquema muestra una relación natural, no condicionada o incondicionada entre un estímulo (EI = Estímulo incondicionado o natural) y una respuesta (RI = Respuesta incondicionada). Los perros salivan (RI) naturalmente ante la presencia de comida (EI).
Sin embargo, en virtud de la contigüidad temporal, es posible que otro estímulo pase a evocar también la RI, aunque antes no lo hiciera. Por ejemplo, la presencia del sonido de un diapasón unos segundos antes de la presentación de la comida: después de algunos pocos ensayos, el ruido del diapasón evocaría confiablemente y por sí solo la respuesta de salivación. Se completa así la segunda línea, y la campana se convierte en un estímulo condicionado que produce una respuesta condicionada.

Fenómenos asociados
La persistencia del reflejo condicionado depende de la presentación concurrente de sus elementos. Si se deja de presentar el EI después del EC, eventualmente la RC desaparece, fenómeno que se conoce como extinción. Después de que se ha completado este proceso, la respuesta condicionada podría reaparecer sin que se vuelvan a presentar los elementos conjuntamente, lo que se conoce como recuperación espontánea.
Las propiedades formales de los estímulos pueden desempeñar un papel importante en el proceso de condicionamiento clásico. La RC puede aparecer en presencia de estímulos que no fueron originalmente EC, pero que comparten algunas características con ellos. Por ejemplo, si el EC es un sonido de campana, la RC podría aparecer también ante un timbre, el tic-tac de un reloj u otros ruidos, lo cual se conoce como generalización estimular. Al fenómeno opuesto, por el cual la respuesta condicionada se va produciendo ante estímulos de características cada vez más específicas se le conoce como discriminación estimular. Un experimento clásico de este fenómeno describe cómo unas palomas eran entrenadas para responder ante la exposición a una frecuencia determinada de sonido, siendo capaces de omitir la respuesta ante variaciones mínimas en esta frecuencia.
Un EC puede tomar el papel de un EI en un proceso de condicionamiento, de modo que un nuevo estímulo neutro puede convertirse en EC (EC2) asociándose con un primer EC (EC1): EI ----------> RI

EC1 ---------> RC

EC2 ---------> RC
Este fenómeno se conoce como condicionamiento de segundo orden. Aparentemente se han documentado casos de condicionamientos hasta de tercer orden, pero son muy difíciles de lograr y mantener.