Smegenys ir pažinimo mokslas yra tarpusavyje susiję, nes kognityvinis mokslas yra tarpdisciplininis proto ir intelekto tyrimas, o smegenys yra fizinis ir biologinis proto ir intelekto pagrindas. Smegenų veikimas visada buvo paslaptis, tačiau technologijų pažanga, tokia kaip vaizdavimas, leido geriau suprasti, kas vyksta smegenyse per tokius procesus kaip mąstymas, atmintis ir jutimo įvesties apdorojimas. Šie procesai sukelia pažinimo pokyčius. Smegenų ir pažinimo mokslo ryšys yra biologinis, psichologinis ir fiziologinis.
Kognityvinis mokslas yra palyginti nauja disciplina, kurią sudaro tokios disciplinos kaip psichologija, filosofija, antropologija, neuromokslai, sociologija ir švietimas. Tai mokslinis tyrimas, kas yra pažinimas, informacijos apdorojimo būdas ir proceso poveikis elgesiui. Dėl sudėtingo smegenų vaizdo gavimo dabar įmanoma analizuoti smegenų veiklą, kai jos atlieka įvairias pažinimo užduotis. Elgesys gali būti susietas su fiziologine smegenų funkcija, kuri savo ruožtu leidžia geriau suprasti, kaip apdorojama informacija.
Labiausiai su smegenimis ir pažinimo mokslu susijusi disciplina yra pažinimo neuromokslas. Tai susiję su moksliniu biologinio pažinimo pagrindo, ypač psichinio apdorojimo nervinių takų, tyrimu. Iš esmės kognityvinio neurologijos tikslas yra apibūdinti, kaip smegenys kuria protą, o kognityvinio mokslo tikslas yra ištirti protą. Neatsitiktinai pažinimo mokslas, kognityvinis neuromokslas ir sudėtingesni smegenų vaizdavimo metodai atsirado beveik vienu metu. Studijų sritis gali būti priskirta mokslui tik tada, kai ją galima išmatuoti, ir tai tapo įmanoma tik dėl technologijų pažangos.
Daugelis principų, išmoktų studijuojant smegenis ir pažinimo mokslą, yra taikomi tokiose srityse kaip švietimas, dirbtinis intelektas ir psichoanalizė. Daugelis smegenų veikimo vis dar nežinomi, tačiau tai, kas tapo žinoma, pakeitė daugumą to, kas buvo laikoma tiesa. Pavyzdžiui, kažkada buvo manoma, kad smegenys nustojo vystytis tam tikru metu paauglystės viduryje, tačiau dabar žinoma, kad smegenys ir toliau vystosi sulaukus 20 metų. Taip pat buvo nustatyta, kad informaciją lemia biologinių, pažintinių ir psichosocialinių veiksnių derinys, o ne tik vienas veiksnys, atmetus kitus. Buvo gauta svarbių įžvalgų tokiose įvairiose srityse kaip mokymosi sutrikimai, pvz., disleksija, kalbos mokymosi procesas, elgesio finansai ir pažinimo šališkumas bei rizikos suvokimas.