Kognityvinis informacijos apdorojimas yra teorijų apie tai, kaip protas mokosi priimdamas, apdorodamas ir saugodamas informaciją, rinkinys. Dauguma teorijos versijų pabrėžia tris atminties komponentus: jutiminę atmintį, trumpalaikę arba „darbinę“ atmintį ir ilgalaikę atmintį. Iki antrosios XX amžiaus pusės kognityvinės informacijos apdorojimo teorijos iš esmės pakeitė bihevioristinę teoriją, tačiau yra kai kurių mokymosi sričių, kurių nė viena sistema nepakankamai paaiškina.
Atkinsono-Shiffrino kognityvinės informacijos modelis susijęs su tuo, kaip jutiminė įvestis galiausiai tampa žiniomis. Bet kurią akimirką žmogaus protas yra bombarduojamas įvairiais dirgikliais: vaizdais, garsais, kvapais ir kt. Didžioji dauguma šių dirgiklių trumpam išsaugomi jutiminėje atmintyje, tačiau pamirštami per kelias sekundes.
Tačiau jei asmuo sąmoningai atkreipia dėmesį į tam tikrą jutiminį įvestį, jis tampa trumpalaikės atminties dalimi. Trumpalaikėje atmintyje esančią informaciją galima analizuoti atsižvelgiant į jos tiesioginį kontekstą ir atitinkamas ankstesnes žinias. Jei žinios tinkamai integruojamos į kitas svarbias žinias, jos integruojamos su ta informacija ir išsaugomos su ja ilgalaikėje atmintyje.
Šis ir kiti kognityvinės informacijos apdorojimo teorijos variantai mano, kad žinios yra įgytos ir saugomos į kompiuterį panašiame tinkle. Priešingai, ankstesnės mokymosi teorijos, tokios kaip B. F. Skinnerio bihevioristinės pažiūros, pabrėžė mokymosi kartojant svarbą. Skinnerio modelyje besimokantysis gauna teigiamą grįžtamąjį ryšį už teisingą informacijos įsiminimą, o neigiamą – už neteisingą prisiminimą, todėl mokymąsi sustiprina teigiamos pasekmės. Tačiau kalbant apie kognityvinės informacijos apdorojimo teoriją, grįžtamojo ryšio vaidmuo yra padėti suprasti informaciją. Kai žmonės gauna neigiamą grįžtamąjį ryšį, jie sužino, kad kažkas jų supratimo apie informaciją yra neteisinga, ir atitinkamai pakeičia savo supratimą.
Abi mokymosi teorijos turi tiesioginės įtakos ugdymui. Kognityvinės informacijos apdorojimo teoretikai pabrėžia būtinybę aktyviai įtraukti besimokančiuosius į informaciją, kad ji taptų ilgalaikės atminties dalimi. Bihevioristai pabrėžia nuolatinį besimokančiojo žinių stiprinimą. Kartu abu modeliai sudaro didelę šiuolaikinėse klasėse naudojamų metodų dalį.
Tačiau yra keletas didelių pažinimo informacijos apdorojimo trūkumų. Kai kurie įrodymai rodo, kad ne visa informacija turi būti gaunama ir tvarkoma sąmoningai, kad ją būtų galima saugoti. Pavyzdžiui, žmogus gali išmokti populiarios dainos žodžius, nuolat ją girdėdamas per radiją, tyčia į ją nekreipiant dėmesio. Kiti išmokti elgesys, pavyzdžiui, važiavimas dviračiu ar vairavimas automobiliu su standartine pavarų dėže, apima pusiau automatinių psichinių ir fizinių procesų derinį, netinkamai tinka nei vienam modeliui.