Pendidik yang menganut teori kognitif percaya bahwa definisi belajar sebagai perubahan perilaku terlalu sempit dan lebih memilih untuk mempelajari peserta didik daripada lingkungannya dan khususnya kompleksitas memori manusia. Di luar ranah psikologi pendidikan, teknik untuk mengamati secara langsung fungsi otak selama proses pembelajaran, seperti potensi terkait peristiwa dan pencitraan resonansi magnetik fungsional, digunakan dalam ilmu saraf pendidikan.