经典条件反射通过训练被试将刺激与反应联系起来，从而通过一个联想的过程来学习一种行为。另一种类型的条件反射则从行为开始，从后往前发生作用。
亚历山大·贝恩（Alexander Bain，1818年—1903年）经常被称为英国第一位心理学家，他把所有的行为都归类为反射行为或自发行为。像任何动物一样，反射行为是对刺激的自动反应。如果有某物溅到眼睛里，反射动作就是闭上眼睛。自发行为最初是随机的，但产生良好反应的行为会被记住和强化。他用试误来描述学习，或者称为“自发行为学习”，这一过程后来被斯金纳称为“操作性条件反射”。
笼子里的猫
早期的行为主义心理学家爱德华·桑代克为后来的许多学习研究奠定了基础。他用动物做研究，通常是用猫。桑代克发明了一种被他称为“迷笼”的装置，动物可以通过按压杠杆从内部打开笼子。猫被放在笼子里，外面放了一小片鱼，以鼓励猫逃跑（而不是像猫可能会做的那样，在笼子里面睡着）。当猫探索自己周围的环境时，如果它绊倒在打开笼子的杠杆上，它就可以走出笼子吃鱼了。桑代克把同一只猫放回笼子里几次，记录它每次按压这个杠杆需要的时间。他发现，猫所用的时间在逐渐减少。
桑代克提出了“效果律”，他认为人们更有可能重复任何能够带来愉快后果的行为，且更有可能停止任何带来不愉快后果的行为。这一行为用日常语言来表达就是，如果你抓住黄蜂，它会蜇你，你就不想再抓另一只黄蜂了。如果你试吃一个草莓，感到它很好吃，你可能还想再吃一个。条件效应的强度取决于反应的强度。这个简单的定律看起来似乎不言自明，它构成了行为主义的基础，这是20世纪心理学最重要的运动之一。
联想主义和强化
联想主义者认为，如果不同的事物一起发生（接近），或者其经常在时间和空间上很接近（频率），或者它们有时候明显不同（对比），我们会在此基础上建立不同事物之间的联系。桑代克迷笼实验的研究使一种新的学习模式出现，人们将其称为强化。这种强化尤其适用于行为。如果人们的反应是积极的，就会鼓励这种行为的重复，行为就获得了强化。
选择和被诅咒
波兰神经学家杰泽·科诺尔斯基（Jerzy Konorski，1903年—1973年）是深入探讨操作性条件反射的第一人。科诺尔斯基和巴甫洛夫一起工作了两年。最初，他将新的条件反射称为“II型条件反射”或“次级条件反射”，但是斯金纳常常将这个名字与操作性条件反射相关联。斯金纳在美国生活和工作，而科诺尔斯基则处于心理学的研究主流之外。斯金纳采取了一种极端的立场，他将其称为“激进的行为主义”，并毫不妥协地主张以下观点：首先，我们没有自由意志；其次，心理学上对认知活动没有得出真正的研究结果。他被称为20世纪最有影响力的心理学家。
斯金纳也像桑代克一样使用箱笼来实验动物的反应和学习，然后将研究结果应用于人类心理学。他使用的斯金纳箱有一个可以分发食物的杠杆，还有能够产生刺激光、可通电的网格和扬声器等装置。斯金纳最喜欢用的实验动物是小白鼠，也用过鸽子。他根据按压杠杆产生的结果来检验动物按压杠杆的行为，这些结果可能是正的、负的或中性的。他对动物的奖励和惩罚都进行了研究。
当小白鼠按压杠杆并得到食物时，这就是正强化，小白鼠按压杠杆的行为让其得到了奖励，它可能会重复这一行为。
如果笼子的地板网格轻微带电，就会让小白鼠感到不舒服，而它按压杠杆能使电流断开。这就是负强化，小白鼠的这种行为消除了不愉快的刺激，因此它也有可能重复这一行为。斯金纳在这个问题上对小白鼠进行了进一步的训练。如果在笼子的地板网格接通电源之前打开灯，小白鼠就能知道灯是一个信号，它在通电启动前立即接通杠杆就能使通电失效。
赌博的鸽子
2013年，由珍妮弗·劳德（Jennifer Laude）领导的研究小组发现，一些鸽子喜欢赌博。研究人员给鸽子提供了两个可以啄的按键。其中一个按键给了20%的时间，鸽子啄完后会放出10颗食物，这是一次丰盛的奖励，但其余时间不会放任何食物；另一个按键在鸽子啄完后总会释放3粒食物。研究人员发现，一些鸽子更喜欢采用高风险的策略，他们通过进一步的实验表明，这些都是冲动的鸽子。为了测试鸽子的冲动性，他们又提供了两个按键，鸽子每次按压这两个按键都能释放食物，一个按键会在按压延迟20秒后释放大量的食物，另一个按键则会在按压后立即释放很少的食物。人类的强迫性赌博遵循类似的模式，这被认为是一种冲动障碍。
除了这些对行为的奖励方式之外，斯金纳也研究了惩罚。惩罚可能会涉及不愉快条件或愉快条件的消除。
在日常生活中，强化“良好”行为的每一小步并不常见。斯金纳按照时间变化的间隔安排强化，在两次强化之间有固定间隔或变化间隔，以及按照强化和非强化行为之间的固定比率和变化比率给予强化，基于间隔的强化计划会导致目标行为形成较慢。反应次数不会影响强化，只有时间会影响强化。这意味着，只要愿意等待，即使是最懒的被试都将得到强化。基于比率的强化计划会产生更高的反应率。由于被试不知道什么时候需要强化，他们就会反复尝试甚至疯狂地尝试来获得强化。
鸽子导弹
斯金纳箱并不是斯金纳第一次涉及设备制造。从少年时代起，他就喜欢制作各种奇怪的装置。第二次世界大战期间，他设计了鸽子制导导弹。这个导弹的鼻锥被分成三个隔间，每个隔间里有一个可供鸽子待的空间，经过训练的鸽子会在屏幕上啄食目标图片来引导导弹。如果鸽子啄的点（即目标）没有在屏幕中央，这种啄食会引发导弹对飞行路径进行调整。虽然该项目在证明可行性时取得了成功，并获得了25000美元的支持基金，但人们在1944年又取消了该项目，以便将资金用于更常规的研究。