การวิเคราะห์เชิงทดลองของพฤติกรรมเป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาพฤติกรรมของแต่ละบุคคลในหลากหลายสายพันธุ์ นักวิทยาศาสตร์คนสำคัญในยุคแรกคือบี.เอฟ. สกินเนอร์ผู้ค้นพบพฤติกรรมแบบโอเปอแรนต์ ตัวเสริมแรง ตัวเสริมแรงรอง เงื่อนไขของการเสริมแรง การควบคุมสิ่งเร้า การปรับพฤติกรรม ตารางเวลาที่ไม่ต่อเนื่อง การจำแนก และการสรุปผล วิธีการหลักคือ^{[ 1 ]}การตรวจสอบความสัมพันธ์เชิงหน้าที่ระหว่างสิ่งแวดล้อมและพฤติกรรม ตรงข้ามกับทฤษฎีการเรียนรู้แบบสมมติฐาน-อนุมาน^{[ 2 ]}ที่พัฒนาขึ้นในจิตวิทยาเปรียบเทียบ ในช่วงปี 1920–1950 แนวทางของสกินเนอร์มีลักษณะเฉพาะคือการสังเกตพฤติกรรมที่วัดได้ซึ่งสามารถคาดการณ์และควบคุมได้ ความสำเร็จในยุคแรกเกิดจากประสิทธิภาพของขั้นตอน การปรับพฤติกรรมแบบโอเปอแรนต์ของสกินเนอร์ทั้งในห้องปฏิบัติการและในการ บำบัดพฤติกรรม

ในการปรับเงื่อนไขแบบคลาสสิกหรือแบบตอบสนองตัวกระตุ้นที่เป็นกลาง ( ตัวกระตุ้นแบบมีเงื่อนไข ) จะถูกส่งมาก่อนตัวกระตุ้นที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาตอบสนอง ( ตัวกระตุ้นแบบไม่มีเงื่อนไข ) เช่น อาหารหรือความเจ็บปวด โดยทั่วไปจะทำโดยการจับคู่ตัวกระตุ้นทั้งสอง ดังเช่นในการทดลองของ Pavlov กับสุนัข ซึ่งมีการส่งเสียงระฆังตามด้วยการส่งอาหาร หลังจากจับคู่ซ้ำๆ ตัวกระตุ้นแบบมีเงื่อนไขจะทำให้เกิดการตอบสนอง^{[ 3 ]}

การปรับพฤติกรรมโดยใช้ผลลัพธ์ (หรือ "การปรับพฤติกรรมโดยใช้เครื่องมือ") เป็นกระบวนการเรียนรู้ที่พฤติกรรมมีความไวต่อ หรือถูกควบคุมโดยผลลัพธ์นั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พฤติกรรมที่ตามมาด้วยผลลัพธ์บางอย่างจะเกิดขึ้นบ่อยขึ้น (การเสริมแรงทางบวก) พฤติกรรมที่ตามมาด้วยผลลัพธ์อื่นจะเกิดขึ้นน้อยลง (การลงโทษ) และพฤติกรรมที่ไม่ตามมาด้วยผลลัพธ์อื่นจะเกิดขึ้นบ่อยขึ้น (การเสริมแรงทางลบ) ตัวอย่างเช่น ในสัตว์ทดลองที่ถูกจำกัดอาหาร เมื่อการกดคันโยกตามมาด้วยการได้รับอาหาร การกดคันโยกจะเพิ่มขึ้นบ่อยขึ้น (การเสริมแรงทางบวก) ในทำนองเดียวกัน เมื่อการก้าวลงจากลู่วิ่งตามมาด้วยการช็อตไฟฟ้า การก้าวลงจากลู่วิ่งจะลดลงบ่อยน้อยลง (การลงโทษ) และเมื่อการหยุดกดคันโยกตามมาด้วยการช็อตไฟฟ้า การกดคันโยกจะคงอยู่หรือเพิ่มขึ้น (การเสริมแรงทางลบ) รายละเอียดและรูปแบบต่างๆ ของกระบวนการนี้สามารถพบได้ในบทความหลัก

เครื่องมือที่ใช้กันมากที่สุดในการวิจัยพฤติกรรมสัตว์คือห้องทดลองการปรับพฤติกรรมด้วยการเรียนรู้ หรือที่รู้จักกันในชื่อกล่องสกินเนอร์ ห้องทดลองนี้เป็นกล่องที่ออกแบบมาเพื่อใส่สัตว์ทดลอง (มักจะเป็นหนูนกพิราบหรือลิง ) ภายในห้องทดลองจะมีอุปกรณ์บางอย่างที่ทำหน้าที่เป็นสิ่งเร้าที่ใช้ในการจำแนกอย่างน้อยหนึ่งอย่าง กลไกในการวัดพฤติกรรม ของสัตว์ทดลอง ในรูปของอัตราการตอบสนอง เช่น คันโยกหรือสวิตช์แบบกด และกลไกในการให้ผลลัพธ์เช่น เครื่องจ่ายอาหารเม็ดหรือตัวเสริมแรงที่เป็นสัญลักษณ์ เช่น ไฟ LED

เครื่องมือบันทึกผลสะสมเป็นอุปกรณ์ที่น่าสนใจในเชิงประวัติศาสตร์ ใช้บันทึกการตอบสนองของผู้เข้าร่วมการทดลองในรูปแบบกราฟ โดยทั่วไป กลไกการสร้างกราฟแบบดั้งเดิมประกอบด้วยดรัมกระดาษหมุนได้ที่มีเข็มสำหรับทำเครื่องหมาย เข็มจะเริ่มจากด้านล่างของหน้ากระดาษ และดรัมจะหมุนม้วนกระดาษในแนวนอน การตอบสนองของผู้เข้าร่วมแต่ละครั้งจะทำให้เข็มทำเครื่องหมายเคลื่อนที่ในแนวตั้งไปตามกระดาษหนึ่งขีด ทำให้ความเร็วในการตอบสนองเป็นความชันของกราฟ ตัวอย่างเช่น อัตราการตอบสนองที่สม่ำเสมอจะทำให้เข็มเคลื่อนที่ในแนวตั้งด้วยอัตราที่สม่ำเสมอ ส่งผลให้ได้เส้นทแยงมุมตรงที่พุ่งขึ้นไปทางขวา อัตราการตอบสนองที่เร่งหรือชะลอตัวจะนำไปสู่ เส้นโค้ง กำลังสอง (หรือเส้นโค้งที่คล้ายกัน) โดยส่วนใหญ่แล้ว การบันทึกผลสะสมในปัจจุบันไม่ได้ใช้ดรัมหมุนในการสร้างกราฟอีกต่อไป แต่จะบันทึกด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์แทน

วิธีการทางห้องปฏิบัติการที่ใช้ในการวิเคราะห์พฤติกรรมเชิงทดลองนั้นอิงตามปรัชญาพฤติกรรมนิยมแบบสุดขั้ว ของ บี.เอฟ. สกินเนอร์ ซึ่งมีพื้นฐานมาจาก:

1. ทุกสิ่งที่สิ่งมีชีวิตกระทำล้วนเป็นพฤติกรรม (รวมถึงการคิด) และ
2. พฤติกรรมทุกอย่างเป็นไปตามกฎหมายและสามารถนำมาวิเคราะห์เชิงทดลองได้
3. หัวใจสำคัญของการเรียนรู้แบบโอเปอแรนต์คอนดิชันนิงคือการใช้เงื่อนไขสามองค์ประกอบ (สิ่งเร้าที่ใช้ในการจำแนก การตอบสนอง และสิ่งเร้าที่เสริมแรง) เพื่ออธิบายความสัมพันธ์เชิงหน้าที่ในการควบคุมพฤติกรรม

• สิ่งเร้าที่แยกแยะได้ (SD ⁾คือ สัญญาณหรือบริบทของสิ่งเร้าที่กำหนดสถานการณ์สำหรับการตอบสนอง ตัวอย่างเช่น อาหารบนจานกำหนดสถานการณ์สำหรับการรับประทานอาหาร
• พฤติกรรมคือการตอบสนอง (R) ซึ่งโดยทั่วไปแล้วถูกควบคุมโดยผลลัพธ์ในอดีต และโดยทั่วไปยังถูกควบคุมโดยการมีอยู่ของสิ่งเร้าที่แยกแยะได้ พฤติกรรมนั้นกระทำต่อสิ่งแวดล้อม กล่าวคือ มันเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมในบางลักษณะ
• ผลที่ตามมาอาจประกอบด้วยสิ่งเร้าเสริมแรง (S ^R ) หรือสิ่งเร้าลงโทษ (S ^P ) ซึ่งเกิดขึ้นตามหลังและปรับเปลี่ยนการตอบสนองแบบโอเปอแรนต์ สิ่งเร้าเสริมแรงมักถูกจัดประเภทเป็นสิ่งเร้าเสริมแรงเชิงบวก (S ^r+ ) หรือสิ่งเร้าเสริมแรงเชิงลบ (S ^r− ) การเสริมแรงอาจถูกควบคุมโดยตารางการเสริมแรงซึ่งก็คือ กฎที่ระบุว่าเมื่อใดหรือบ่อยแค่ไหนที่การตอบสนองจะได้รับการเสริมแรง (ดูการปรับเงื่อนไขแบบโอเปอแรนต์ )

1. การปรับเงื่อนไขการตอบสนองนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการกระตุ้น-ตอบสนอง (SR) (สิ่งกระตุ้นที่ไม่ถูกปรับเงื่อนไข (US), สิ่งกระตุ้นที่ถูกปรับเงื่อนไข (CS), สิ่งกระตุ้นที่เป็นกลาง (NS), การตอบสนองที่ไม่ถูกปรับเงื่อนไข (UR) และการตอบสนองที่ถูกปรับเงื่อนไข หรือ CR)
2. การวิเคราะห์เชิงหน้าที่ (จิตวิทยา)
3. การเก็บรวบรวมข้อมูล

แนวคิดที่ว่าตำแหน่งของสกินเนอร์ต่อต้านทฤษฎีนั้นอาจได้รับแรงบันดาลใจจากข้อโต้แย้งที่เขานำเสนอในบทความของเขาเรื่อง "ทฤษฎีการเรียนรู้จำเป็นหรือไม่?" ^{[ 4 ]}อย่างไรก็ตาม บทความนั้นไม่ได้โต้แย้งการใช้ทฤษฎีโดยทั่วไป แต่โต้แย้งเฉพาะทฤษฎีบางอย่างในบริบทบางอย่างเท่านั้น สกินเนอร์โต้แย้งว่าทฤษฎีหลายทฤษฎีไม่ได้อธิบายพฤติกรรม แต่เป็นเพียงโครงสร้างอีกชั้นหนึ่งที่ต้องได้รับการอธิบายในภายหลัง หากสิ่งมีชีวิตถูกกล่าวว่ามีแรงขับซึ่งเป็นสาเหตุของพฤติกรรม แล้วอะไรเป็นสาเหตุของแรงขับนั้น? สกินเนอร์โต้แย้งว่าทฤษฎีหลายทฤษฎีมีผลทำให้การวิจัยหยุดชะงักหรือก่อให้เกิดการวิจัยที่ไร้ประโยชน์

งานของสกินเนอร์มีพื้นฐานมาจากทฤษฎี แม้ว่าทฤษฎีของเขาจะแตกต่างจากทฤษฎีที่เขาวิจารณ์ก็ตาม เมกก้า เชียซาตั้งข้อสังเกตว่าทฤษฎีของสกินเนอร์ได้มาจากการอนุมาน ในขณะที่ทฤษฎีที่เขาโจมตีได้มาจากการอนุมาน^{[ 5 ]}ทฤษฎีที่สกินเนอร์คัดค้านมักอาศัยกลไกและโครงสร้างที่เป็นตัวกลาง เช่น กลไกสำหรับความทรงจำที่เป็นส่วนหนึ่งของจิตใจ ซึ่งไม่สามารถวัดหรือสังเกตได้ ทฤษฎีของสกินเนอร์เป็นพื้นฐานสำหรับหนังสือสองเล่มของเขา ได้แก่พฤติกรรมทางวาจาและวิทยาศาสตร์และพฤติกรรมมนุษย์ หนังสือทั้งสองเล่มนี้แสดงถึงการขยายทฤษฎีอย่างมากจากงาน ในห้องปฏิบัติการพื้นฐานของเขาไปสู่ขอบเขตของรัฐศาสตร์ภาษาศาสตร์สังคมวิทยาและอื่นๆ

• ชาร์ลส์ เฟอร์สเตอร์เป็นผู้บุกเบิกการเรียนรู้แบบไร้ข้อผิดพลาดซึ่งต่อมาได้กลายเป็นรูปแบบการฝึกแบบทดลองแยกส่วน (Discrete Trial Trainingหรือ DTT) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสอน เด็ก ออทิสติกและเป็นผู้ร่วมเขียนหนังสือSchedules of Reinforcement ร่วมกับ บีเอฟ สกินเนอร์
• ริชาร์ด เฮอร์นสไตน์ – พัฒนากฎการจับคู่ซึ่งเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับการตัดสินใจและเป็นผู้ร่วมเขียนหนังสือที่ก่อให้เกิดข้อถกเถียงอย่างมากเรื่องThe Bell Curve
• เจมส์ ฮอลแลนด์ เป็นผู้ร่วมเขียนหนังสือPrinciples of Behavior ซึ่ง เป็นหนังสือที่ได้รับการอ้างอิงและเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง ร่วมกับ บี.เอฟ. สกินเนอร์
• เฟรด เอส. เคลเลอร์ – ผู้สร้างระบบการเรียนการสอนแบบเฉพาะบุคคล (Personalized System of Instruction - PSI)
• อ็อกเดน ลินด์สลีย์ – ผู้ก่อตั้งแนวทางการสอนแบบ Precision Teaching
• แจ็ค ไมเคิล – นักทฤษฎีและนักวิจัยด้านพฤติกรรมทางวาจาและการสร้างแรงจูงใจที่มีชื่อเสียง
• จอห์น แอนโทนี่ (โทนี่) เนวิน – แรงผลักดันเชิงพฤติกรรม ในการพัฒนา
• เดวิด พรีแม็คค้นพบหลักการของพรีแม็คที่ว่า พฤติกรรมที่มีโอกาสเกิดขึ้นมากกว่าจะเสริมแรงพฤติกรรมที่มีโอกาสเกิดขึ้นน้อยกว่า และศึกษาความสามารถทางภาษาของลิงชิมแปนซี
• โฮเวิร์ด แรคลิน – ผู้บุกเบิกด้านการวิจัยการควบคุมตนเองและเศรษฐศาสตร์เชิงพฤติกรรม
• Murray Sidman – ผู้ค้นพบปรากฏการณ์การหลีกเลี่ยงของ Sidman (Sidman Avoidance) เป็นนักเขียนที่มีผลงานได้รับการอ้างอิงสูง เป็นนักวิจัยด้านการลงโทษ และยังมีอิทธิพลในการวิจัยเกี่ยวกับความเท่าเทียมกันของสิ่งเร้า (stimulus equivalence) อีกด้วย
• ฟิลิป ไฮน์ไลน์ มีส่วนสำคัญอย่างยิ่งต่อทฤษฎีการเสริมแรงเชิงลบ (การหนี/การหลีกเลี่ยง) ทฤษฎีระดับโมเลกุล/ระดับมหภาคของกระบวนการทางพฤติกรรม และลักษณะเฉพาะของภาษาเชิงตีความ
• อัลเลน นอยริงเกอร์ – เป็นที่รู้จักกันดีในด้านงานทางทฤษฎี ซึ่งรวมถึงการรับรู้เจตจำนง ความสุ่มการทดลองด้วยตนเองและสาขาอื่นๆ
• Peter B. Dewsผู้ก่อตั้งหลักของเภสัชวิทยาเชิงพฤติกรรม^{[ 6 ]}

• วารสาร Journal of the Experimental Analysis of Behaviorเป็นวารสารชั้นนำด้านงานวิจัยพฤติกรรมมาตั้งแต่ปี 1958 (โดยตีพิมพ์เป็นรายไตรมาส และตั้งแต่ปี 1964 ตีพิมพ์เป็นรายสองเดือน)
• วารสาร Journal of Applied Behavior Analysisสำรวจสิ่งที่ถือว่าเป็นสาขาประยุกต์ของการวิเคราะห์พฤติกรรมเชิงทดลอง
• วารสาร Behavioural Pharmacologyเผยแพร่ผลงานวิจัยเกี่ยวกับผลกระทบของยา สารเคมี และฮอร์โมนต่อพฤติกรรมการเรียนรู้แบบมีตารางเวลาควบคุม ตลอดจนงานวิจัยเกี่ยวกับ "กลไกทางประสาทเคมีที่อยู่เบื้องหลังพฤติกรรม"
• วารสาร Experimental Analysis of Human Behavior Bulletinเป็นวารสารออนไลน์ที่เผยแพร่ผลงานวิจัยเชิงทดลองโดยมุ่งเน้นที่มนุษย์เป็นกลุ่มตัวอย่าง
• วารสารวิเคราะห์พฤติกรรมทางวาจา – วารสารรายปีสำหรับการตีพิมพ์งานวิจัยด้านพฤติกรรมทางวาจา
• ทฤษฎีการเรียนรู้มีความจำเป็นหรือไม่?ผลงานคลาสสิกชิ้นสำคัญของ บี.เอฟ. สกินเนอร์ ในปี 1950 ซึ่งเขาโจมตีแบบจำลองการวิจัยแบบสมมติฐาน-อนุมานที่ขับเคลื่อนด้วยการทดสอบสมมติฐาน
• วารสาร Behavioural Processesตีพิมพ์ฉบับประจำปีเกี่ยวกับการวิเคราะห์เชิงปริมาณของพฤติกรรมและฉบับเกี่ยวกับความรู้ความเข้าใจเชิงเปรียบเทียบ