認知科學是一種包括語言學、人類學、心理學、神經科學、哲學和人工智慧等跨學科的新興科學，其研究對象為人類、動物和人工智慧機制的理解和認知，亦即能夠獲取、儲存、傳播知識的信息處理的複雜體系。認知科學建立在對感知、智能、語言、計算、推理甚至意識等諸多現象的研究和模型化上。認知科學有一個核心信條：只在單一的層級上進行研究，不可能徹底地理解精神和腦。舉一個例子：你記住了一個電話號碼，稍後把它複述出來。要理解這個過程，一種方法是通過直接的觀察，所謂的「自然觀察」：向一個人展示了一個電話號碼，一段時間之後他將其複述出來，我們可以度量這其中的時間間隔。另一種度量認知能力的方法，就是在這個人記憶電話號碼的同時，研究其每一個神經元的激發狀況。單獨使用以上的任意一種方法，都不能完全解釋「記憶電話號碼」這個過程。即使人類的技術已經可以實時定位每一個腦神經元的位置和激發狀態，我們也無法由此得知，單個的神經元發放如何變成我們見到的人的動作。所以，我們需要理解兩個層面如何互相關聯。《具身心智——認知科學與人類經驗》（The Embodied Mind: Cognitive Science and Human Experience）中這樣講到：「關於心智的新科學需要擴展其視野，既能夠容納活生生的人類經驗，也能容納人類經驗可能有的固有變易。」可以對一個過程作功能性的層級劃分，來實現這個想法。對一個特定現象作多層次的研究，會更好地理解腦中的過程如何上升為特定的行為。 大衛·馬爾曾經給出過一個著名的三層次分析： 1.「計算理論」，說明計算的目標。 2.「描述與算法」，給出輸入和輸出的描述，以及算法是如何由輸入得到輸出； 3.「硬體實現」，算法和描述如何在物理上實現。

跨學科的本質

認知科學是一個跨學科領域，包含了來自各領域的貢獻，包括心理學、神經科學、語言學、精神哲學、計算機科學、人類學、社會學和生物學。認知科學家和其他工作者共同努力，希望能夠像其他科學一樣，理解心智和它與周圍世界的交互。所以，認知科學也有一個不取決於觀察者的研究對象。認知科學常常被認為和物理學相一致，也會使用類似於模擬、概念模型等等科學方法，經常將模型輸出和對應的人類行為相比較。也有人質疑，一個統一的認知科學是否存在，所以他們更傾向於使用複數形式的「cognitive sciences」。許多（但不是所有）承認自己為認知科學家的人，都對心智持有一種功能主義的觀點，認為智能是由其功能來定義的。任何系統，只要表現出智能狀態所應有的功能，那麼它就應該被認為是有智能的。根據功能主義的觀點，甚至非人類的系統，例如其他物種、外星生物、甚至先進的計算機也可以被認為擁有智力。

心靈／大腦的同一論

心靈／大腦的本體論認為，不管思維還是智力，它們都紮根於大腦，而並不利用、依賴、或與非物質相互作用。儘管如此，大都認為離開大腦的組織來談論思維的組織，也是合理的，而且認知科學家也並不僅僅是神經科學家。這是根據不同層次的分析來論證的。一個認知科學家可以在符號層次上斷言說一個推理為正確，而神經科學家則在物理層次上來執行符號層次。