Выработка условных рефлексов высших порядков — происходит при использовании условного раздражителя из одной фазы эксперимента (УРЗ-1) в качестве безусловного раздражителя (БРЗ) для дальнейшего обусловливания. В эксперименте, описанном И. П. Павловым, в качестве УРЗ-1 использовался звуковой сигнал, исходным БРЗ была пища, а условной (УР) и безусловной (БР) реакцией служило слюноотделение. После выработки у собаки УР на УРЗ-1 на короткое время перед появлением УРЗ-1 предъявлялся черный квадрат (УРЗ-2). После десяти сочетаний этого черного квадрата и звукового сигнала реакция слюноотделения — примерно с половинной интенсивностью реакции на звуковой раздражитель — начинала возникать уже на сам квадрат. Это является примером обусловливания более высокого порядка, а именно условного рефлекса второго порядка. И. П. Павлов также обнаружил возможность обусловливания третьего порядка, но лишь в отношении оборонительных рефлексов — тех, что возникают в ответ на удар электрическим током. Рефлексы четвертого порядка выработать у собак оказалось невозможно. Как правило, УР высших порядков характеризуются меньшей амплитудой, большим латентным периодом возникновения и коротким жизненным циклом. Этот последний факт является следствием того, что при выработке УР более высокого порядка УР первого порядка подвергается угашению: УРЗ-1, начинающий функционировать в роли БРЗ, теперь возникает без подкрепления. В результате следующие за ранее выработанным вторичным рефлексом сочетания раздражителей приводят к его постепенному исчезновению. То, что УР высших порядков оказываются относительно недолговечными, нисколько не умаляет их теоретического значения, заключающегося в том, что подкрепление (БРЗ) в процедуре обусловливания более высокого порядка приобретает свою подкрепляющую силу в результате научения. В современной терминологии, вторичный условный рефлекс возникает на основе вторичного подкрепления. Процесс вторичного подкрепления вызвал к себе гораздо больший интерес в области оперантного научения, чем в области классического обусловливания.