Psihologia cognitivă utilizează diverse metode pentru a explora procesele mentale, printre care se numără experimente cognitive, studii neuroimagistice, studii de caz și modele computaționale. Aceste metode sunt utilizate pentru a studia procese precum atenția, percepția, memoria, gândirea și limbajul, fiind esențiale în dezvoltarea de teorii și modele cognitive. Prin utilizarea acestor metode, cercetătorii în psihologie cognitivă pot înțelege și evalua procesele mentale care stau la baza comportamentului uman și pot dezvolta strategii de intervenție pentru a îmbunătăți funcționarea cognitive.