Parallelamente a tutto questo fermento, si impose l'opera di Sigmund Freud.
Anche se la sua teoria della mente e della personalità comprendeva le strutture, il "suo" strutturalismo era diverso da quello di Wundt. Egli ideò i concetti di ego, superego e id e altre strutture mentali direttamente dai colloqui con i suoi pazienti e non attraverso esperimenti di laboratorio. Fu il primo a impiegare i metodi psicoanalitici nel trattamento dei pazienti, riuscendo a trattare con successo malattie che non sembravano avere alcuna spiegazione organica apparente. Egli credeva che tali malattie fossero manifestazioni di una vita mentale inconscia: per trattare il paziente, si dovevano portare alla sua coscienza i fatti e le circostanze delle esperienze e dei sentimenti precedenti, repressi.
Direttamente dal funzionalismo, nasce poi un'altra importante branca della psicologia, il behaviorismo (comportamentismo). Edward Torndike, creò la psicologia animale come scienza naturale: come funzionalista, era interessato alla teoria dell'apprendimento e per sostenere le proprie teorie, usava il comportamento appreso manifestato dai suoi animali di laboratorio: nasce così la legge dell'effetto (apprendimento per prova e successo accidentale).
Sulla stessa scia Ivan Pavlov e la sua scoperta del riflesso incondizionato: con tale scoperta diede la spinta allo sviluppo della moderana ricerca sull'apprendimento e della teoria dell'apprendimento in psicologia. Gli esperimenti furono condotti sui cani; egli trovò che la secrezione salivale e dei succhi gastrici non ha luogo solo quando si mangia, ma anche quando si ha dinnanzi il nutrimento o quando si odono i passi del sorvegliante. Da queste osservazioni Pavlov concluse che uno stimolo, originariamente inadeguato a provocare un riflesso (il vedere il cibo), se si presenta ripetutamente e contemporaneamente ad uno stimolo adeguato a provocare il riflesso (il gustare il cibo), è a sua volta in grado di provocare il riflesso (secrezione salivale).
Egli chiamò stimolo incondizionato lo stimolo naturale e adeguato, e riflesso incondizionato il riflesso che si sviluppa come reazione naturale. Chiamò invece stimolo condizionato quello originariamente neutrale e inadeguato, e riflesso condizionato il riflesso che segue ad esso come reazione. Pavlov estese i suoi esperimenti sul condizionamento anche al campo della psicopatologia.
Notevole importanza ebbero gli studi condotti da Watson: egli cercò di fare della psicologia una branca sperimentale puramente oggettiva della scienza naturale, limitandola allo studio delle relazioni tra eventi ambientali (stimoli) e comportamento (risposte).
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