Mozak i kognitivna znanost međusobno su povezani jer je kognitivna znanost interdisciplinarno proučavanje uma i inteligencije, a mozak je fizička i biološka osnova uma i inteligencije. Rad mozga oduvijek je bio misterij, ali tehnološki napredak kao što je slikanje doveo je do šireg razumijevanja onoga što se događa u mozgu tijekom procesa kao što su razmišljanje, pamćenje i obrada senzornog unosa. Ovi procesi dovode do kognitivnih promjena. Odnos između mozga i kognitivne znanosti je biološki, psihološki i fiziološki.
Kognitivna znanost je relativno nova disciplina koja se sastoji od disciplina kao što su psihologija, filozofija, antropologija, neuroznanost, sociologija i obrazovanje. To je znanstvena studija o tome što je spoznaja, način na koji se informacije obrađuju i učinke koji taj proces ima na ponašanje. Zbog sofisticiranog snimanja mozga, sada je moguće analizirati aktivnost unutar mozga dok obavlja različite kognitivne zadatke. Ponašanje se može povezati s fiziološkom funkcijom mozga što zauzvrat dovodi do boljeg razumijevanja načina na koji se informacije obrađuju.
Disciplina koja se najviše bavi mozgom i kognitivnom znanošću je kognitivna neuroznanost. Ovo se odnosi na znanstveno proučavanje biološke osnove spoznaje, posebno živčanih putova mentalne obrade. U osnovi, cilj kognitivne neuroznanosti je opisati kako mozak stvara um, a cilj kognitivne znanosti je proučavanje uma. Nije slučajno da su kognitivna znanost, kognitivna neuroznanost i sofisticiranije tehnike snimanja mozga nastale gotovo istodobno. Područje studija može se klasificirati kao znanost samo kada se može izmjeriti, a to je postalo moguće samo zahvaljujući tehnološkom napretku.
Mnogi principi naučeni proučavanjem mozga i kognitivne znanosti primjenjuju se na područja kao što su obrazovanje, umjetna inteligencija i psihoanaliza. Mnogi od načina rada mozga još su nepoznati, ali ono što je postalo poznato promijenilo je mnogo od onoga što se smatralo istinitim. Na primjer, nekoć se smatralo činjenicom da se mozak prestao razvijati u nekom trenutku u sredini adolescencije, no sada je poznato da se mozak nastavlja razvijati i nakon 20. godine. Također je otkriveno da unos i obrada informacije su određene kombinacijom bioloških, kognitivnih i psihosocijalnih čimbenika, a ne samo jednim čimbenikom isključujući ostale. Dobiveni su važni uvidi u različitim područjima poput poremećaja učenja kao što su disleksija, proces usvajanja jezika, bihevioralno financiranje i kognitivne pristranosti i percepcija rizika.