Когнитивная психология исследует процессы, связанные с приобретением, структурированием использованием и воспроизведением информации — когнитивные процессы. К ним относятся восприятие, внимание, память, обучение, воображение, речевую и невербальную коммуникацию, мышление, а также состояния сознания, эмоции и мотивацию в контексте познавательной и практической активности человека. 

Когнитивная психология формировалась под влиянием практических задач оптимизации взаимодействия человека с техническими системами (инженерная психология, эргономика) и поддержки процессов обучения. К середине 20-го века компьютерная революция, лингвистические работы Н. Хомского и данные о нарушении познавательных функций, исследования детского развития и некоторые результаты исследования поведения обусловили необходимость формирования нового направления психологических исследований. С конца 1980-х гг. когнитивная психология стала частью более широкого междисциплинарного движения, получившего название «когнитивная наука», что привело к значительному расширению методического арсенала и задач исследований. Наряду с оценкой точности и скорости решения задач стали широко использоваться разнообразные нейрофизиологические методы, к которым позднее добавились методы нейрогуморальных и генетических исследований. Важную роль продолжает играть компьютерное моделирование ментальных процессов, для которого в последние годы часто используются искусственные нейронные сети. В центр внимания исследователей выдвинулись вопросы развития когнитивных процессов, индивидуальных и межкультурных различий, социального взаимодействия.

Благодаря новым методам трёхмерного картирования работы мозга в начале 21 в. были значительно уточнены представления о мозговой локализации психических функций, выявлены отдельные компоненты нейрофизиологических механизмов, обеспечивающих такие сложные процессы, как целеполагание, самоконтроль и рефлексивное сознание. Одним из результатов стало описание множественности форм ранее казавшихся едиными когнитивных процессов. Заметную роль в современной когнитивной психологии играет использование новых технологий, таких как виртуальная реальность, позволяющая не только создавать у человека живую иллюзию пребывания в некотором предметном пространственном окружении, но и реализовывать на этой основе разнообразные сценарии практической деятельности и тренировки навыков, для анализа которой часто используются психофизиологические методы, а также регистрация глазодвигательной активности.

В силу междисциплинарного характера большинства проблем когнитивной психологии их исследование в ряде случаев теряет узкопсихологическую специфику, уступая нейропсихологическим и нейрофизиологическим исследованиям, лингвистическим теориям, компьютерным и математическим моделям.