倫理上、人間では許されないような実験を遂行するために、また、言葉を持たない乳幼児などにかんする知見を得るために、動物実験が行われてきた。動物実験の被検体はハト、ラット、マウス、サルなどが主である。
動物実験を巡っては、２つの立場がある。１つは、どんな動物を使って実験をしても、その結果は必ずヒトに当てはまるという立場で、「普遍主義」という。学習心理学者の多くはこの立場を取っている。いま１つは、その動物で得られた知見は、その動物のみに有効な知見である、と言う立場で、「生物主義」と呼ばれている。動物行動学（エソロジー）の研究者の多くはこの立場を取っている。旧来学習心理学者が取ってきたこの立場に学習心理学内部からこれらの立場の対立が先鋭化したのは、ガルシアによる味覚嫌悪条件付け実験あたりからである。これは、ラットに新奇な味覚刺激を与えた後に数時間おいて中毒を引き起こす物質を投与すると、ラットは１試行だけの刺激－中毒を体験しただけで、味覚嫌悪条件付けが成立する、と言うものであり、ソーンダイクの効果の法則、ハルの習慣強度、アリストテレスやガスリーの接近の法則に対する挑戦であった。これを巡ってセリグマンはかかる現象の陰には「準備された連合」があると指摘した。これを裏付けるかのようにブラウンとジェンキンズはオペラント（自発的）条件付けで形成されると考えられていたハトのキーつつき反応が、古典的（反射）条件付けの手続きによって効率的に形成される事実を発見し「自動反応形成」と名付けたが、これもキーつつきという生得的反応が学習事態に侵入して起こる現象だとされた。また、ブレランド夫妻のアライグマの貨幣学習においても、硬貨が１枚の時は問題なく硬貨を硬貨として学習したのに対し、２枚になると突如硬貨同士を擦り合わせる行動が見られた（本能的逸脱）ことから、生得的行動が強化随伴性に拮抗して現れるのだと解釈された。こうした事実が報告されるようになってもなお、学習の基本メカニズムは種差によらないという学習心理学者の主張は変わらなかった。確かにワトソンのアルバート坊やの爆音によるハツカネズミへの恐怖条件付け（こうした実験は現在では倫理上認められていない）も、ラットへの音刺激による電撃への恐怖条件付けも原理は同じに見える。こうしたことから石田は、種に固有な学習形態と種を超えて普遍の学習形態が共存していると考えればよい、と指摘している。
なお、現在では日本心理学会の倫理綱領にもあるように、実験動物に対する実験であっても倫理的配慮が必要だと指摘されている。