Öğrenmenin doğasına ilişkin tartışmalar, insanlık tarihi boyunca felsefi temellere dayanarak spekülatif bir nitelikte yürütülmüştür. Yirminci yüzyıla gelindiğinde psikoloji biliminin deneysel yöntemlerle tanışması, öğrenme olgusunu gözlemlenebilir ve ölçülebilir süreçlerle açıklama çabasını beraberinde getirmiştir. Bu süreçte ortaya çıkan öğrenme kuramları, temelde bilişsel ve davranışçı olmak üzere iki ana kola ayrılmıştır. Bilişsel kuramlar zihinsel süreçlerin, algılamanın ve içsel yapıların önemine vurgu yaparken; davranışçı kuramlar öğrenmeyi tamamen çevresel uyarıcılara bağlı olarak gelişen, gözlemlenebilir davranış değişiklikleri şeklinde tanımlamaktadır.
Davranışçı kuramlar kendi içinde dört ana başlık altında incelenmektedir: Edward Thorndike tarafından geliştirilen ve deneme-yanılma yoluyla öğrenmeyi savunan Bağlaşımcılık; Ivan Pavlov'un öncülüğünü yaptığı Klasik Koşullanma; John B. Watson ve Edwin Guthrie'nin savunduğu, uyarıcı ile tepkinin bitişikliğine dayanan Bitişiklik Kuramı; ve B.F. Skinner tarafından geliştirilen, davranışların sonuçları ve pekiştireçler aracılığıyla şekillendiğini savunan Edimsel Koşullanma. Bu dört kuramın ortak paydası, içsel ve zihinsel süreçleri bilimsel incelemenin dışında tutarak, öğrenmeyi uyarıcı-tepki (U-T) ilişkisi bağlamında ele almalarıdır.
Klasik koşullanma kuramı, yirminci yüzyılın başında Rus fizyolog Ivan Pavlov (1849-1936) tarafından alan yazınına kazandırılmıştır. Nobel ödüllü bir fizyolog olan Pavlov, köpeklerin sindirim sistemleri ve salya salgıları üzerine deneysel tıp çalışmaları yürütürken son derece önemli bir gözlemde bulunmuştur. Köpeklerin, kendilerine yiyecek getiren görevlilerin henüz ayak seslerini duyar duymaz salya akıtmaya başladıklarını fark etmiştir. Görevlilerin kendilerinin veya ayak seslerinin biyolojik olarak salya akıtma nedeni olamayacağını bilen Pavlov, köpeklerin yiyecek ile bu sesleri zihinsel olarak bütünleştirdiğini keşfetmiş ve bu doğal gözlemi laboratuvar ortamında deneysel düzeneklerle test etmeye başlamıştır.
Klasik koşullanma sürecinin sağlıklı bir şekilde analiz edilebilmesi için sistemde yer alan beş temel kavramın çok iyi bilinmesi gerekmektedir. Bunlardan ilki olan 'Koşulsuz Uyarıcı', organizmada doğuştan gelen, öğrenilmemiş ve otomatik bir tepki oluşturan doğal uyarandır (örneğin, köpeğe sunulan et). İkinci kavram olan 'Koşulsuz Tepki' ise bu koşulsuz uyarıcıya karşı organizmanın refleksif olarak verdiği, yine öğrenilmemiş doğal yanıttır (örneğin, et karşısında salya akıtılması).
Sürecin başlangıcında ortamda bulunan ve organizma için hiçbir özel anlam ifade etmeyen, tek başına sunulduğunda hedef davranışı (salya) tetiklemeyen uyarıcıya 'Nötr Uyarıcı' denir (örneğin, zil sesi). Bu nötr uyarıcı, koşulsuz uyarıcı ile art arda veya eş zamanlı olarak sunulup eşleştirildiğinde zamanla anlam kazanır. Eşleşme süreci başarıyla tamamlandıktan sonra, başlangıçta nötr olan bu uyaran tek başına sunulduğunda bile tepki üretebilir hale gelir ki bu aşamada artık 'Koşullu Uyarıcı' adını alır.
Son olarak, koşullu uyarıcının tek başına sunulmasıyla ortaya çıkan, öğrenilmiş ve kazanılmış tepkiye 'Koşullu Tepki' denir. Pavlov'un deneyinde, et ile defalarca eşleştirilen zil sesinin artık tek başına salya akışını başlatması, köpeğin geliştirdiği koşullu tepkidir. Klasik koşullanma, en basit tanımıyla, organizmanın doğal koşullarda belirli bir uyarıcıya gösterdiği refleksif tepkiyi, sistemli eşleştirmeler sonucunda başka bir uyarıcıya da göstermeyi öğrenmesi sürecidir.
Klasik koşullanmanın kalıcılığını, yayılımını ve sınırlarını belirleyen birtakım temel ilkeler vardır. Bunların başında 'Pekiştirme' gelir. Klasik koşullanmada pekiştirme süreci, edimsel koşullanmadan farklı olarak tepkiden önce gerçekleştirilir. Yani önce koşullu uyarıcı (zil), hemen ardından koşulsuz uyarıcı (et) sunulur; buradaki koşulsuz uyarıcı pekiştireç görevi görür. İkinci önemli ilke olan 'Genelleme', organizmanın koşullandığı uyarıcıya benzerlik gösteren diğer uyarıcılara da aynı koşullu tepkiyi vermesidir (örneğin, zil sesine koşullanan köpeğin çan sesine de salya akıtması).
Genellemenin zıttı olarak çalışan 'Ayırt Etme' ilkesi ise organizmanın yaşantıları sonucunda benzer uyarıcılar arasındaki farkı anlaması ve koşullu tepkiyi sadece asıl koşullandığı uyarıcıya vermesidir. Köpeğin zamanla çan sesine yiyecek verilmediğini fark ederek salya salgılamayı bırakması ve sadece zil sesine salya akıtması ayırt etmeye örnektir. Eğitim ortamlarında da öğrenciler öğretmenlerinin ses tonlarından, mimiklerinden veya masaya vurma şekillerinden hangi uyarıcının ne anlama geldiğini yüksek bir ayırt etme gücüyle çözebilmektedirler.
Koşullu uyarıcı (zil) organizmaya defalarca tek başına sunulur ve arkasından koşulsuz uyarıcı (et) verilerek pekiştirilmezse, bir süre sonra koşullu tepki zayıflar ve tamamen ortadan kalkar; bu duruma 'Sönme' denir. Ancak sönme, öğrenilen davranışın bellekten tamamen silindiği anlamına gelmez. Sönmenin gerçekleşmesinden bir süre sonra, hiçbir ek eşleştirme yapılmaksızın koşullu uyarıcı ile karşılaşıldığında koşullu tepkinin aniden yeniden ortaya çıkmasına 'Kendiliğinden Geri Gelme' (spontan iyileşme) adı verilir.
Koşullanmanın hızı, gücü ve kalıcılığı birçok çevresel ve biyolojik değişkene bağlıdır. Bu faktörlerin ilki 'Yakınlık' yani bitişikliktir. Koşullu uyarıcı ile koşulsuz uyarıcının birbirine çok yakın zaman aralıklarında sunulması gerekir. İdeal koşullanma için bu sürenin yaklaşık yarım saniye ile birkaç saniye arasında olması beklenir. Zamanlama ve sıralamaya göre; gecikmeli koşullanma (en etkili tür), iz koşullanması, geçici eşleşme, eş zamanlı eşleşme ve geriye doğru eşleşme (koşullanmanın en zor gerçekleştiği tür) gibi farklı koşullanma türleri ortaya çıkar.
İkinci kritik faktör 'Tahmin Edilebilirlik' veya haber vericilik ilkesidir. Robert Rescorla tarafından yapılan çalışmalar, koşullanmanın gerçekleşmesi için sadece iki uyarıcının yan yana gelmesinin yetmediğini, koşullu uyarıcının koşulsuz uyarıcının geleceğine dair güvenilir bir sinyal (haberci) olması gerektiğini kanıtlamıştır. Eğer uyarıcı organizmaya yaklaşan bir durumu öngörme imkanı sunmuyorsa, yani tahmin edilebilirlik zayıfsa koşullanma gerçekleşmez.
Üçüncü faktör ise 'Biyolojik Sınırlar' ve türe özgü hazır bulunuşluktur. Klasik davranışçılar her organizmanın her uyarıcıya koşullanabileceğini savunmuş olsalar da, modern psikoloji ve etoloji çalışmaları organizmaların genetik yapılarının ve evrimsel donanımlarının her uyarana koşullanmaya izin vermediğini göstermiştir. Koşullanmanın gerçekleşebilmesi için uyarıcılar arasında biyolojik bir bağın veya ait olma ilişkisinin bulunması zorunludur.
Klasik koşullanma yoluyla her zaman istendik davranışlar kazanılmaz; okul korkusu, sınav kaygısı, derse karşı önyargı veya fobi gibi olumsuz durumlar da bu yolla öğrenilir. Bu olumsuz koşullanmaları ortadan kaldırmak için üç temel teknik kullanılır. 'Sönmeyi Bekleme' tekniğinde, koşullu uyarıcı (örneğin matematik dersi) koşulsuz uyarıcı (öğretmen şiddeti/azarı) olmadan defalarca sunulur ve korkunun sönmesi beklenir. 'Tersine Koşullanma' tekniğinde ise olumsuz tepki üreten uyarıcı, olumlu bir uyarıcıyla (oyun, sevgi, çikolata) eşleştirilerek tepki aktif bir şekilde olumluya dönüştürülür.
Üçüncü teknik olan 'Karşı Karşıya Gelme' (yüzleşme) yönteminde, birey korku duyduğu koşullu uyarıcıyla sıklıkla ve güvenli bir ortamda yüzleştirilerek bu korkunun asılsız olduğunu yaşayarak öğrenir. Eğitim ortamlarında klasik koşullanma ilkelerini doğru kullanmak, öğrencilerin okula ve derslere karşı olumlu tutumlar geliştirmesini sağlar. Öğretmenlerin güler yüzü, tatlı dili ve pekiştirici ifadeleri (aferin, övgü) koşulsuz uyarıcı işlevi görerek, nötr olan ders içeriklerinin öğrenciler için sevilerek yaklaşılan koşullu uyarıcılara dönüşmesini sağlar.
Sağlık alanında da klasik koşullanma mekanizmaları fobi ve anksiyete bozukluklarının tedavisinde (maruz kalma terapileriyle) aktif olarak kullanılmaktadır. Ayrıca nörobilimsel çalışmalar, klasik koşullanmanın temelinde yatan sinaptik plastisitenin uzun süreli hafıza oluşumunda kritik bir rol oynadığını; hatta bağışıklık ve endokrin sistemlerin bile belirli uyarıcılarla koşullanarak fizyolojik tepkiler üretebildiğini ortaya koymaktadır.