Bilişsel psikolojideki temel varsayımları kavramak için düşünce tarihinde kısa bir yolculuk yapmak gerekmektedir. Eski Yunan düşüncesinde dünya olaylarının tahmin edilebileceği, insanların fiziksel dünyanın bir parçası olduğu ve insan davranışlarının diğer doğa olayları ile ilişkili olduğu varsayımları yatmaktadır. Rönesans öncesinde düşünürler daha çok sosyal ve dinî olgulara ilgi duymuşlardır. Rönesans hareketi ile bilimsel yöntemin yaygınlaşması, araştırmaların her alanda ortaya çıkmasını sağlamıştır. Buna rağmen insan ve davranışlarının çalışılmasında bir gecikme yaşanmıştır; bunun temel nedeni insanın çok karmaşık bir canlı olduğu varsayımıdır.
Gözlem ve deneye dayanan ilk çalışmalar, Wilhelm Wundt’un 1879 yılında Almanya’nın Leipzig şehrinde ilk deneysel psikoloji laboratuvarını kurması ile başlamıştır. Bu laboratuvarda Wundt ve arkadaşları içebakış yöntemini kullanarak deneyimli katılımcılarla bilincin elementlerini araştıran deneyler yapmış ve yapısalcılığın ilk adımlarını atmışlardır. Amerika Birleşik Devletleri’nde ise William James zihin mekanizmalarını işlevsel açıdan incelemiştir. 1900’lü yılların başında davranışçılık ön plana çıkmış ve davranışın çalışılmasının ötesinde hiçbir şeyin psikolojide yeri olmadığı vurgulanmıştır.
Geştalt Okulu hem Avrupa’da hem de Amerika’da indirgemeciliğe karşı çıkmış; bütünün, onu oluşturan parçalardan farklı olduğu düşüncesi temelinde davranışçılığa ve yapısalcılığa eleştiriler getirmiştir. İkinci Dünya Savaşı sırasında ve sonrasında sinyal işleme, bilgi kodlama ve iletişim üzerine yapılan çalışmalar bilişsel psikolojinin doğmasına büyük katkı sağlamıştır. Shannon’ın 1948 tarihli bilgi kuramı makalesi, iletişimin bilgiyi temsil eden verilerin dönüştürülerek belirli aşamalardan geçtiğini ifade etmiştir. Bu yaklaşım, insandaki algı ve bellek sistemlerinin de aynı temelde çalıştığını önermiştir.
1950’li yıllarda bilişsel psikolojinin ortaya çıkmasında önemli rol oynayan diğer gelişmeler arasında Shannon’ın bilgi teorisi (1948), Chomsky’nin dil teorisi (1959 ve 1965), Miller’ın kısa süreli bellekte 7±2 kümeleme kavramı (1956), Bruner ve arkadaşlarının kavram oluşturma modeli (1956), Newell ve Simon’ın genel problem çözme modeli (1972) ve yapay zekâ çalışmaları yer almaktadır. Bilgisayar bilimlerindeki ilerlemeler de bilişsel psikolojinin gelişmesini hızlandırmıştır. Günümüzde bilişsel psikoloji; bilişi anlamak için bilgisayar modellerini kullanan bilişsel bilimler, bozuk işlemleri inceleyen bilişsel nöropsikoloji ve biyolojik/fizyolojik teknikleri kullanan bilişsel nörobilimler gibi farklı disiplinlerle etkileşim içindedir.
İnsan beyni dış dünyaya görme, işitme, koku, dokunma ve tat duyum sistemleriyle bağlanır. Duyum, içinde bulunulan ortamdan uyaranların içerdiği bilginin ilgili duyu sistemi tarafından yakalanarak sistem içine alınması ve beyindeki ileri fizyolojik merkezlere iletilmesi süreçleridir. Algı ise bu uyaranların taşıdığı bilginin analiz edilmesi, tanınması, yorumlanması ve organize edilmesini kapsayan karmaşık süreçlerdir. Çevremizdeki fiziksel uyaranın sistem içine alınıp belli aşamalardan geçirilerek tepki üretilmesi algısal süreci oluşturur. Bu süreç dinamik ve döngüsel bir yapıya sahiptir.
Psikofizik, uyaranın fiziksel boyutları ile bu boyutlara verilen psikolojik deneyimler arasındaki ilişkileri inceler. Bu ilişkiye psikometrik fonksiyon denir. Bir uyaranın fark edildiği ya da ayırt edildiği en düşük enerji seviyesi mutlak eşik olarak tanımlanırken, aynı tür iki uyaran arasındaki değişikliğin fark edilebilmesi için gerekli asgari miktar fark eşiği (ancak fark edilebilir fark) adını alır. Duyu sistemlerinin önemli bir özelliği de belirli bir uyaran seviyesine uzun süre maruz kaldıktan sonra duyarlılıklarını yeniden düzenlemesi olan duyusal adaptasyondur.
Görme sistemi göz, optik sinir, lateral genikulat çekirdek (LGN) ve görme korteksini içeren yapılardan oluşur. Görme spektrumu elektromanyetik spektrumun 400-700 nanometre arasındaki dalga boylarını kapsar. Retinada iki tür alıcı hücre bulunur: Işığa duyarlı ve gece koşullarında aktif çubukçuklar ile keskin ve renkli görmeyi sağlayan koniler. Gözde alıcı hücrelerin bulunmadığı noktaya kör nokta denir ve beyin boşlukları otomatik olarak doldurur. Görme korteksinden pariyetal kortekse uzanan yol 'nerede yolu', temporal kortekse uzanan yol ise 'ne yolu' olarak adlandırılır.
Renk algısı üç renk kuramı (Young-Helmholtz) ve karşıt renk süreçleri kuramı (Hering) ile açıklanır. Üç renk kuramı retinada S, M ve L olmak üzere üç farklı koni hücresinin varlığına dayanırken, karşıt renk süreçleri kuramı sinyallerin ikili mekanizmalar (kırmızı-yeşil, sarı-mavi ve siyah-beyaz) şeklinde kodlandığını savunur. İki boyutlu retinadaki görüntünün üç boyutlu algılanması ise derinlik algısı olarak bilinir; bu süreç monoküler (akomodasyon ve resimsel ipuçları) ve binoküler (stereopsis) ipuçlarıyla gerçekleştirilir.
Algısal işlemler, 20. yüzyılın başında Geştalt psikologları tarafından önerilen ilkeler çerçevesinde çevrenin anlamlı hâle getirilmesini sağlar. Bu ilkeler; yakınlık, benzerlik, tamamlama, süreklilik, ortak bağlanmışlık ve ortak alan ilkeleridir. Obje algısı, görsel bilginin bellekte eşlenmesi, anlamsal kategorizasyon ve isimlendirme aşamalarından oluşur. Normal görme kapasitesine rağmen objenin tanınamaması görsel agnozi olarak adlandırılır.
İşitme sisteminin organı olan kulak dış, orta ve iç kulak olmak üzere üçe ayrılır. Ses, bir titreşim kaynağının havadaki molekülleri hareket ettirmesiyle oluşur ve frekans, genlik ve faz unsurlarıyla tanımlanır. Dış kulak sesi içeriye iletir, orta kulaktaki çekiç, örs ve üzengi kemikleri amplifikatör görevi görerek ses dalgasının zayıflamasını önler. İç kulaktaki koklea sıvıyla doludur ve basilar zar üzerinde saç hücrelerini barındırır. Bu saç hücreleri ses dalgalarıyla bükülerek sinirsel iletileri oluşturur.
İşitme algısında perdenin belirlenmesi frekansa bağlıdır. Yer kuramı farklı perdedeki seslerin basilar zarın farklı bölgelerini uyardığını savunurken, sıklık (zamansal) kuramı düşük perdedeki seslerin işitme sinirinin uyarılma sıklığıyla analiz edildiğini öne sürer. Sesin kaynağının nerede olduğu ise iki kulak arasındaki ulaşma zamanı, şiddet farkı ve faz farkı karşılaştırılarak tespit edilir. İç kulaktaki yarım dairesel kanallar ise denge duyumu ve algısını sağlar.
Koku algısı maddedeki moleküllerin burundaki koku alıcı hücrelerine ulaşmasıyla başlar. Koku alıcı hücreleri ara nöronlarla sinaps yapmadan beyin ile doğrudan bağ kuran tek duyu sistemidir. Tat duyusu ise tatlı, ekşi, tuzlu, acı ve umami kategorilerinde incelenir. Dil yüzeyindeki tomurcuklarda bulunan tat hücreleri beyne sinyal gönderir. Tat ve koku duyuları birbirleriyle etkileşerek nihai lezzeti ortaya çıkarır. Deri ise en geniş duyu organı olup basınç, ısı, dokunma ve ağrı duyularını oluşturur; ağrı algısı omurilikteki kapı kontrol kuramı ile açıklanmaktadır.
Dikkat, bilgi işlem sırasında zihinsel kaynakların kullanılması olarak tanımlanır ve seçici dikkat ile bölünmüş dikkat olmak üzere iki şekilde ele alınır. Seçici dikkat, kalabalık bir ortamda istenmeyen seslerin elenip belirli bir mesaja odaklanmayı sağlayan kokteyl parti olgusu gibi süreçleri kapsar. Erken filtre kuramı (Broadbent) filtrelemenin duyusal seviyede gerçekleştiğini savunurken, gecikmeli filtre modeli (Deutsch ve Deutsch) ve azalma modeli (Treisman) seçimin daha ileri aşamalarda ve anlamsal düzeyde de yapılabileceğini öne sürer.
Görsel dikkat araştırmalarında Treisman’ın özelliklerin entegrasyonu kuramı ön plana çıkar. Bu kurama göre birinci aşamada özellikler eş zamanlı ve paralel olarak hızlıca işlenirken, ikinci aşamada özellikler obje içinde adım adım birleştirilir. Dikkatin görsel alanda spot ışığı gibi çalıştığı öne sürülmüştür. Olumsuz ipucu verme deneyleri, seçici dikkatin hem obje temelli hem de yer temelli olduğunu, istenmeyen bilgiyi aktif olarak inhibe ettiğini göstermiştir.
Bölünmüş dikkat, aynı anda birden fazla görevin nasıl yapıldığını inceler. Görevlerin benzerliği ve zorluğu çift görev performansını olumsuz etkilerken, pratik ve tekrarlar performans artışı sağlar. Genel kaynak modeli zihinsel kaynakların kısıtlı olduğunu ve havuzun paylaşıldığını savunurken, özel kaynak modeli çeşitli ve çoklu zihinsel işlemlerin varlığını ileri sürer.
Çift görev performansında bir uyarana tepki verildikten sonra diğerine tepki verilene kadar geçen gecikmeye fizyolojik doygunluk denir. Bu durum dikkatin aynı anda bölünmediğini, aksine görevler arasında çok hızlı bir şekilde zaman paylaşımlı gidip geldiğini kanıtlamaktadır.
Bellek, geçmişle ilgili bilgilerin kodlanması, depolanması ve hatırlanması süreçlerini kapsar. Üç aşamalı bellek modeline göre bellek duyusal, kısa süreli ve uzun süreli bellek olmak üzere üç sistemden oluşur. Duyusal bellek anlık olup bilgiyi yaklaşık 1 saniye fiziksel olarak tutar. Kısa süreli bellek (KSB) ise yaklaşık 15-25 saniye sürer ve kapasitesi 7±2 madde veya bellek kümesi (chunk) ile sınırlıdır. KSB aynı zamanda çalışma belleği olarak işlev görür ve merkezî yönetici, fonolojik döngü, görsel-mekânsal kopya ve epizodik tampon bileşenlerinden oluşur.
Uzun süreli belleğin kapasitesi sınırsızdır ve bilgiler anlamsal kodlama ile kalıcı olarak depolanır. Uzun süreli bellek olgusal bilgileri içeren bildirimsel bellek ile beceri ve alışkanlıkları içeren işlemsel bellek olarak ikiye ayrılır. Bildirimsel bellek ise anlamsal bellek (genel bilgiler) ve epizodik bellek (yaşantılar, olaylar) olarak sınıflandırılır. Bellekten bilgi geri getirme ipuçları yardımıyla yapılır. Bilgi işlem düzeyi kuramına göre, bilginin kodlanırken derinlemesine ve anlamsal olarak analiz edilmesi hatırlamayı kolaylaştırır.
Bellek geçmişin birebir kopyası değil, bilişsel şemalar aracılığıyla yeniden yapılandırılma sürecidir. Bilginin hatırlanamaması durumu olan unutma, Hermann Ebbinghaus’un çalışmalarıyla sistematik olarak incelenmiştir. Unutmanın nedenleri arasında kodlama hatası, silinme kuramı (zamanla bellek izlerinin zayıflaması) ve bozucu etki yoluyla unutma kuramı yer alır.
Bozucu etki, yeni öğrenilen bilginin eskisini engellemesi olan geriye yönelik bozma (geriye dönük unutma) veya eski bilginin yeni öğrenmeyi engellemesi olan ileriye yönelik bozucu etki şeklinde ortaya çıkar. Otobiyografik bellek ise kişinin kendi yaşantısına ait epizotları içeren kişisel belleğidir.
Zihinsel temsil, bir şeyin yokluğunda sembol veya işaretler ile o şeyin sunulmasıdır. Dış temsiller benzeşen (analog) temsiller (resim, harita) ve sembolik (soyut, rastgele seçilmiş kelimeler/harfler) temsiller olarak ayrılır. Zihinsel temsiller algısal süreçlerle oluşturulur; bunlar zihinsel imgeler, önermeler ve bağlantısal aktivasyon örüntüleri şeklinde sınıflandırılır. Kavramlar, ortak özellikleri paylaşan nesne veya olayların sınıflandırılmasıdır; prototip ise bir kategori için geçerli olan en muhtemel özellikler setidir.
Düşünce, zihnin içindeki dil olarak tanımlanır ve önermesel, imgesel ve motorsal olmak üzere üçe ayrılır. Akıl yürütme süreçleri tümdengelim (genelden özele, kesin sonuç veren) ve tümevarım (özelden genele, olasılık içeren) akıl yürütme olarak ikiye ayrılır. Tümdengelim sürecindeki başarısızlıklar inanç yanlılığı ve mantıksal kuralların uygulanamamasından kaynaklanır.
Problem, içinde bulunulan durum ile ulaşılması gereken hedef arasında engelin olması durumudur. Problem çözme yaklaşımları arasında davranışçı deneme-yanılma, Geştalt yaklaşımı (prodüktif ve reprodüktif süreçler, içgörü) ve bilgi işlem yaklaşımı bulunur. Problem çözmede işleve takılma (bir objenin hep aynı amaçla kullanılacağı düşüncesi) ve zihinsel set (eski problem çözme örüntülerini devam ettirme eğilimi) önemli engellerdir.
Karar verme, ihtimaller arasından en iyi seçeneği seçme işlemidir. Karar verme yaklaşımları normatif (rasyonel, kâr maksimizasyonu), betimsel (ampirik gözleme dayanan) ve tavsiye eden yaklaşımlardır. Olasılık hesaplarının zor olduğu durumlarda algoritmalar veya zihinsel kısa yollar olan höristikler kullanılır.