之前，我们已经说明，有机体对刺激所做出的反应来自身体的两组组织：腺体和肌肉（横纹肌和内脏）。巴甫洛夫的一位学生——安雷普博士曾说到，唾液腺不像人体肌肉系统中的其他器官，是混合起来的，它是人体组织中的独立器官，这个腺体的活动比其他肌肉活动起来更好分级，所以在实验中，我们通常选择唾液腺作为实验测试对象。
能够引起唾液腺反应的原始刺激，通常是将食物放进人的口中。而刺激替代的研究所关心的问题就是能否不通过原始刺激的方式，使用其他诸如几何图形、简单的声音、身体的触碰或者某个符号等一些不能引起唾液腺分泌反应的刺激物，来使有机体唾液腺产生分泌反应。
刺激替代方面的研究工作，在动物领域做出的进展较之在人类领域的进展则更为深远。俄国生理学家巴甫洛夫和他的学生主要负责条件反射的研究工作，如前所说，他们是从狗身上开始进行此项实验的。
首先，在狗的腮腺管上做个简单的手术，开个小小的口子，用管子连接起来通向出口，方便唾液腺分泌出的唾液不再流向口腔而是直接从管子里流出去。同时，将管子与测试仪器连接，以便仪器测试唾液滴数。实验过程中，狗和实验者需要隔离开来，以便不再受到来自实验者所带来的视觉、嗅觉和听觉上的刺激，致使实验结果不准确。整个过程中，研究员对于刺激的利用，都是在狗所待的房间以外进行的。
研究观察发现，如果我们将条件刺激和非条件刺激（也就是能够引起唾液腺分泌反应的刺激）同时摆上，或者将条件刺激摆在非条件刺激之前，那么，这两种情况都是能够产生刺激替代作用的，而且条件反射也会从中建立起来。不过，我们若是将非条件刺激应用于条件刺激之前，那么条件反射就不会产生。诸多实验结果表明，只有条件刺激在非条件刺激前施加，并经过20～30次的结合运用，才能使得条件反射发生，两个刺激施加的前后时差可控范围在几秒钟到5分钟以上不等。
接着上面狗的条件反射实验来讨论，现在我们如果想要通过触觉刺激来使条件反射产生作用，我们可以在狗进食前，在狗的腿部施加一点触觉刺激，然后隔一段时间施加无条件刺激，不用过很久，触觉刺激（条件刺激）就会像狗食（无条件刺激）一样，让唾液腺产生分泌。于此，我们得到了一个完整的刺激替代的例子。我们可以通过这种刺激替代，来测试一个动物对感官刺激做出反应的整个范围。
上面的实验是通过对狗的触觉刺激来实现条件反射的，刺激替代的发现，可以被应用在很多领域。若我们要测试狗或者其他动物对感官刺激做出反应的范围，就可以按照这个程序来实现。假设，我们已经有了一只能够对光线做出条件反射的狗，现在为了测试它对光线波长做出反应的范围，我们就可以通过不断缩短刺激光线的波长，直到狗不再对其做出反应为止。这样，我们就界定了狗在较短波长中能够做出反应的范围。同样，我们也可以通过不断增加刺激光线的波长，直到狗不再对其做出反应，如此我们又界定了狗在较长波长中能够做出反应的范围。照着这个程序，我们也可以测试狗对听觉刺激做出反应的范围。已有研究者发现，狗对于音频做出反应的范围远远超过了人类，这一切研究工作的实现都有赖于刺激替代的发现。
