Thorndike commença par étudier expérimentalement les comportements de poulets sous l’égide de William James à Harvard. Il soutient sa thèse sur l’intelligence animale en 1898 à l’Université de Columbia où il enseignera de 1899 à 1940.

Il invente pour ses expérimentations sur l’animal des dispositifs ingénieux, sortes de boîtes à problème dans lesquelles il observe les conduites de chats et de chiens dans leurs tentatives de s’en échapper pour avoir accès à de la nourriture. Il constate qu’à partir des premiers essais et erreurs fortuits l’animal conserve les procédures qui l’ont amené au but en tant que conséquence de la réponse elle-même. La loi de l’effet décrit ce mécanisme, tandis que la loi de l’exercice décrit la manière dont les stimuli et les réponses sont associés en fonction du plaisir ou la satisfaction qu’ils produisent chez le sujet. Thorndike transfère ces intérêts aux mécanismes d’apprentissage chez l’être humain et leurs conséquences pédagogiques. Enfin il s’intéresse à la mesure des processus mentaux en contribuant à rendre leur traitement statistique accessible à leur utilisateurs.

Parmi ses nombreux écirts, mentionnons "The Original nature of man" (1913), "The psychology of learning" (1913), "Individual differences and their causes" (1914), "Animal intelligence" (1911), "The measurement of intelligence" (1927) et "The fundamentals of learning" (1932).