În psihologia cognitivă se utilizează o varietate de tehnici de cercetare, inclusiv neuroimagistica (care analizează activitatea cerebrală), teste psihologice și experimente comportamentale. Dintre metodele specifice de investigare se pot enumera, de exemplu, interviul cognitiv, observația și modelarea matematică. Aceste tehnici permit cercetătorilor să studieze procesele mentale complexe, cum ar fi atenția, memoria, gândirea și judecata.