خلال النصف الأول من القرن العشرين ، ظهرت أدلة على أن التعلم لم يكن بهذه البساطة التي وصفها السلوكيون. درس العديد من علماء النفس كيف يفكر الناس ويتعلمون ويتذكرون. وأصبح هذا النهج يُعرف باسم علم النفس المعرفي ، وهو أحد مجالات علم النفس الذي يدرس العمليات العقلية ، بما في ذلك الإدراك والتفكير والذاكرة والحكم. أظهر عالم النفس الألماني هيرمان إبينغهاوس (1850-1909) كيف يمكن دراسة الذاكرة وفهمها باستخدام المبادئ العلمية الأساسية. نظر عالم النفس الإنجليزي فريدريك بارتليت أيضًا إلى الذاكرة ولكنه ركز أكثر على كيفية تشويه ذاكرتنا بسبب معتقداتنا وتوقعاتنا.
كان الشخصان اللذان كان لهما أقوى تأثير على علم النفس المعرفي المعاصر من هذا الوقت هما طالبان عظيمان في مجال تنمية الطفل: عالم النفس السويسري جان بياجيه (1896-1980) وعالم النفس الروسي ليف فيجوتسكي (1896-1934).
كان جان بياجيه كاتبًا غزير الإنتاج ومنظمًا لامعًا ومراقبًا مبدعًا للأطفال. باستخدام المقابلات والمواقف التي ابتكرها ، درس تفكير الأطفال واستدلالهم منذ أيامهم الأولى حتى سن المراهقة. اشتهر بنظريته التي تتبع تطور تفكير الأطفال في سلسلة من أربع مراحل رئيسية ، لكل منها عدة مراحل فرعية. في كل مرحلة ، أشار بياجيه إلى السلوكيات والردود على الأسئلة التي كشفت كيف يفهم الطفل النامي العالم. كانت إحدى رؤى بياجيه الحاسمة هي أن الأطفال ليسوا بالغين ناقصين ، لذلك عندما يفعلون شيئًا ما أو يصدرون حكمًا قد يبدو خطأً عند شخص بالغ ، يجب ألا نفترض أنه خطأ من منظور الطفل. بدلاً من ذلك ، قد يستخدم الطفل المعرفة والتفكير المناسبين تمامًا في سنه أو عمره الخاص لفهم العالم. على سبيل المثال ، وجدت Piaget أن الأطفال غالبًا ما يعتقدون أن الآخرين يعرفون أو يمكنهم رؤية ما يعرفونه أو يمكنهم رؤيته. لذلك ، إذا عرضت على طفل صغير مشهدًا يحتوي على عدة دمى ، حيث تظهر دمية معينة للطفل ولكن تم حظره عنك بواسطة دمية ، فسوف يفترض الطفل ببساطة أنه يمكنك رؤية الدمية المحظورة. لماذا ا؟ لأنه أو يمكنه رؤيتها. أطلق بياجيه على هذا التفكير مركزية الذات ، والذي كان يقصد به أن تفكير الطفل يتركز في نظرته الخاصة للعالم (وليس أن الطفل أناني). إذا ارتكب شخص بالغ هذا الخطأ ، فسنجده غريبًا. لكن هذا طبيعي تمامًا بالنسبة للطفل ، لأنه قبل بلوغه سن الرابعة تقريبًا ، لا يفهم الأطفال أن العقول المختلفة (عقولهم وعقلك) يمكنها معرفة أشياء مختلفة. التفكير الأناني أمر طبيعي وصحي لطفل يبلغ من العمر عامين (وإن لم يكن لعمر 20 عامًا).
خلال نفس السنوات التي كان بياجيه يجري فيها مقابلات مع الأطفال ويحاول رسم مسار التطور ، صُدم عالم النفس الروسي ليف فيجوتسكي بالتأثيرات الاجتماعية الثرية التي أثرت وحتى وجهت التطور المعرفي. مثل بياجيه ، لاحظ فيجوتسكي أن الأطفال يلعبون مع بعضهم البعض ، ورأى كيف يوجه الأطفال بعضهم البعض لتعلم القواعد الاجتماعية ، ومن خلالها ، لتحسين التنظيم الذاتي للسلوك والأفكار.
كانت أفضل مساهمة لفيجوتسكي هي تحليله للتفاعلات بين الأطفال والآباء والتي أدت إلى تطوير تفكير أكثر وأكثر تطوراً. اقترح أن الوالد أو المعلم الفعال هو الشخص الذي يساعد الطفل على تجاوز مستوى تفكيره الحالي من خلال إنشاء وسائل الدعم ، والتي أطلق عليها أتباع فيجوتسكي اسم السقالات. على سبيل المثال ، إذا أراد المعلم أن يتعلم الطفل الفرق بين المربع والمثلث ، فقد تسمح للطفل باللعب بقطع من الورق المقوى للأشكال ، ومساعدة الطفل على حساب عدد الجوانب والزوايا على كل منهما. هذا الاستكشاف المساعد عبارة عن سقالة - مجموعة من وسائل الدعم للطفل الذي يقوم بشيء ما بنشاط - يمكن أن تساعد الطفل على القيام بالأشياء واستكشافها بطرق قد لا تكون محتملة أو حتى ممكنة بمفردها.
أكد كل من بياجيه وفيجوتسكي على التطور العقلي للطفل وأعطيا علماء النفس لاحقًا مجموعة غنية من الأفكار النظرية بالإضافة إلى الظواهر التي يمكن ملاحظتها لتكون بمثابة أساس لعلم العقل الذي ازدهر في منتصف وأواخر القرن العشرين وهو جوهر من علم نفس القرن الحادي والعشرين.