Tâm lí học nhận thức là nỗ lực tìm hiểu tâm trí theo thông tin mà nó xử lí và các hình thức lưu trữ thông tin này. Tâm lí học nhận thức bác bỏ các phương pháp của phân tâm học vốn cố gắng hiểu tâm trí theo hướng huyền bí, và cả các phương pháp tiếp cận của hành vi học vốn cố gắng hiểu tâm trí về mặt hành vi. Khởi đầu của cuộc cách mạng nhận thức thường được tính từ sự xuất hiện bài phê bình sách gây kích động của nhà ngôn ngữ học Noam Chomsky. Chomsky chỉ trích cuốn sách Hành vi bằng lời của nhà tâm lí học hành vi B. F. Skinner, trong đó tác giả cố gắng giải thích việc học ngôn ngữ bằng cách sử dụng các nguyên tắc hành vi. Tâm lí học nhận thức đánh dấu một bước tiến triển của tâm lí học hành vi và lấy cảm hứng từ hình ảnh ẩn dụ tâm trí giống như máy tính. Những chiếc máy tính có phần cứng và chạy phần mềm, kiểm soát dòng thông tin giữa đầu vào và đầu ra, quá trình đọc và viết các thông tin tới bộ nhớ của máy. Các nhà tâm lí học nhận thức hướng tới nghiên cứu “phần mềm” tâm lí (tâm trí) độc lập với “phần cứng” (bộ não). Giống như các nhà hành vi học, các nhà tâm lí học nhận thức theo đuổi phương pháp thực nghiệm, nhưng tin rằng mình có thể chứng minh điều gì xảy ra giữa các tác nhân kích thích và phản hồi.
Mặc dù tâm lý học nhận thức tập trung xem xét các quy trình nội tại, nó lại hướng đến tính khoa học nghiêm ngặt, dựa vào các cuộc thử nghiệm tại phòng thí nghiệm để minh chứng cho bất kỳ lý thuyết nào mà nó đưa ra. Tuy vậy, những gì xảy ra trong các cuộc thử nghiệm có đối chứng (controlled experiment) lại khó có thể được áp dụng vào viễn cảnh đời thực. Tương tự, giả định cho rằng tâm trí con người hoạt động như một chiếc máy vi tính không kể đến các thực tế chẳng hạn như con người bị mệt mỏi và xúc động, và các nhà phê bình cho rằng nó coi con người như máy móc, quy giản toàn bộ các hành vi xuống thành một quy trình nhận thức, chẳng hạn như ghi nhớ sự kiện vào ký ức. Các nhà phê bình cũng chỉ ra rằng cách tiếp cận này bỏ qua vai trò của sinh lý và di truyền.
Tuy nhiên, tâm lý học nhận thức đã chứng tỏ vai trò hữu dụng của nó trong việc chữa trị chứng mất trí nhớ và rối loạn chú ý chọn lọc (selective attention disorder). Nó cũng có giá trị trong việc giúp hiểu được sự phát triển ở trẻ, cho phép các nhà giáo dục lên kế hoạch các nội dung phù hợp cho mỗi nhóm lứa tuổi, và quyết định xem các công cụ nào là tốt nhất để truyền tải chúng. Trong hệ thống tư pháp, các nhà tâm lý học nhận thức thường xuyên được mời đến để đánh giá các báo cáo nhân chứng, nhằm xác định xem liệu nhân chứng có đang hồi tưởng lại tội ác một cách chính xác hay không.
