تعتمد طرق البحث في علم النفس المعرفي على المنهج العلمي الذي يعتمد على الاستقصاء العلمي والتجارب العملية. ومن الطرق الشائعة المستخدمة في علم النفس المعرفي:
1- التجارب السريرية والإحصائية: وتهدف هذه الطريقة إلى جمع البيانات من خلال التجارب التي يتم إجراؤها على الأفراد وعرضها إحصائياً للتعرف على العلاقة بين المتغيرات.
2- التحليل الوظيفي: وتتمثل هذه الطريقة في دراسة الوظائف العقلية وتحليلها إلى جزيئات أصغر قابلة للدراسة والفهم.
3- التحفيزات السريرية: وتتمثل في تقديم مجموعة من العوامل المحفزة للأفراد وقياس استجابتهم لها، مثل الصور والألغاز والكلمات وغيرها.
4- التقارير الذاتية: وهي تشتمل على استجواب المشاركين بصورة مباشرة عن ما يدور في نفوسهم من أفكار ومشاعر وتصورات.
5- التصوير الدماغي: وتستخدم هذه الطريقة لرصد النشاط العصبي في الدماغ أثناء القيام بمهام مختلفة لتحديد المناطق التي تتفاعل وكيفية تفاعلها.