В розробці фізіологічних основ уваги велику роль зіграли роботи видатних російських фізіологів І. П. Павлова і А. А. Ухтомського.

Вже в висунутому І. П. Павловим поданні про особливі реакції нервової системи - орієнтовних рефлексах (рефлекс «що таке?», як його називав І. П. Павлов) містилося припущення про рефлекторну природу мимовільної уваги. Подразники, сигнали, що надходять в мозок, викликають орієнтовно-дослідну реакцію. «Ми вдивляємось в образ, що виявляється, дослухаємось до виникаючих звуків, посилено втягуємо новий запах...» - писав І. П. Павлов. Всі ці прояви забезпечують постійну готовність організму до несподіванок, готовність відповісти на будь-які обставини тією або іншою формою поведінки. Іншими словами, людина або тварина стає уважною ще до оцінки події, що настала.

На сьогоднішній день вивчені досить складні орієнтовні реакції. Вони складають собою цілий комплекс, зв´язаний з активністю значної частини організму. До нього входять зовнішні рухи (такі, як поворот очей і голови у напрямку подразника), а також зміни чутливості певних аналізаторів; зміни характеру обміну речовин; зміни дихання, серцево-судинні і шкіряно-гальванічні реакції, тобто вегетативні зміни; зміни електричної активності мозку.

Згідно з ідеями І. П. Павлова і А. А. Ухтомського явища уваги пов´язані з підвищенням збудливості певних мозкових структур в результаті взаємодії процесів збудження і гальмування. Концентрація психічної діяльності в певному напрямку і одночасне відволікання від усього іншого досягається завдяки закону взаємної індукції нервових процесів збудження і гальмування у корі великих півкуль головного мозку. На думку І. П. Павлова, в кожний момент часу в корі є якась дільниця, що характеризується найбільш сприятливими, оптимальними умовами для збудження. Ця дільниця (її звуть «домінантою» за термінологією А. А. Ухтомського) виникає за законом індукції нервових процесів; при цьому нервові процеси, що концентруються в одній області кори мозку, викликають гальмування в інших її областях (і навпаки). Так забезпечуються оптимальні умови для сприймання і міркування того, на що спрямована увага.