Kognitivna obrada informacija je zbirka teorija o tome kako um uči uzimajući, obrađujući i pohranjujući informacije. Većina verzija teorije naglašava tri komponente pamćenja: senzorno pamćenje, kratkoročno ili “radno” pamćenje i dugotrajno pamćenje. Do druge polovice 20. stoljeća teorije kognitivne obrade informacija uvelike su zamijenile biheviorističku teoriju, ali postoje neka područja učenja koja nisu adekvatno objašnjena niti jednim okvirom.
Atkinson-Shiffrin model kognitivnih informacija bavi se načinom na koji senzorni unos na kraju postaje znanje. U svakom trenutku čovjekov um je bombardiran raznim podražajima: prizorima, zvukovima, mirisima itd. Velika većina tih podražaja nakratko je pohranjena u osjetilnoj memoriji, ali se zaboravlja u roku od nekoliko sekundi.
Međutim, ako osoba namjerno obraća pažnju na određeni senzorni unos, on postaje dio kratkoročnog pamćenja. Informacije u kratkoročnom pamćenju mogu se analizirati u odnosu na njihov neposredni kontekst i relevantno prethodno znanje. Ako se znanje pravilno integrira u druga relevantna znanja, ono se integrira s tom informacijom i pohranjuje s njom u dugotrajnu memoriju.
Ova i druge varijacije teorije kognitivne obrade informacija vide znanje kao stjecanje i pohranjivanje u mreži nalik na računalo. Nasuprot tome, ranije teorije učenja poput biheviorističkih stajališta BF Skinnera naglašavale su važnost učenja ponavljanjem. U Skinnerovom modelu, učenik prima pozitivnu povratnu informaciju za ispravno pamćenje informacija i negativnu povratnu informaciju za pogrešno pamćenje, pa je učenje pojačano pozitivnim posljedicama. Što se tiče teorije kognitivne obrade informacija, međutim, uloga povratne sprege je pomoći u razumijevanju informacija. Kada ljudi dobiju negativnu povratnu informaciju, saznaju da nešto u njihovom razumijevanju informacija nije točno i u skladu s tim mijenjaju svoje razumijevanje.
Obje teorije učenja imaju izravan utjecaj na obrazovanje. Teoretičari kognitivne obrade informacija naglašavaju nužnost aktivnog uključivanja učenika u informacije kako bi one postale dio dugoročnog pamćenja. Bihevioristi naglašavaju kontinuirano jačanje znanja učenika. Uzeti zajedno, ova dva modela čine veliki dio metoda koje se koriste u modernim učionicama.
Međutim, postoje neki veliki nedostaci u kognitivnoj obradi informacija. Neki dokazi upućuju na to da se sve informacije ne moraju svjesno primiti i obraditi kako bi bile pohranjene. Na primjer, osoba bi mogla naučiti riječi popularne pjesme slušajući je iznova i iznova na radiju, a da nikada namjerno ne usmjerava pozornost na nju. Ostala naučena ponašanja, kao što je vožnja bicikla ili vožnja automobila sa standardnim mjenjačem, uključuju kombinaciju poluautomatskih mentalnih i fizičkih procesa koji se ne uklapaju uredno ni u jedan model.