En aktiv manlig roll i de tidiga stadierna av spädbarns utveckling gav bättre prestanda i kognitiva tester vid två års ålder, fann forskarna.
Teamet från Imperial College London, King's College London och Oxford University, säger att resultaten visar värdet av tidigt faderligt engagemang.
De sa att tecknen kunde ses från så tidigt som tre månader.
Studien sade att det fanns "kompletterande stöd" för vikten av en mors påverkan på ett barns kognitiva utveckling, men mer intresse var nu fokuserat på sambandet mellan far-infant interaktioner och utveckling.
Man sade tidigare studier hade funnit att män tenderade att ha en "mer stimulerande, kraftfull" stil, uppmuntra ett barns risktagande och utforskande tendenser, vilket i sin tur kan underlätta kognitiv utveckling.
För forskningens skull videofilmades pappor med sina tre månader gamla barn i tre minuter på en matta på golvet, utan leksaker, och sedan igen under en bokläsningssession när barnet var två.
Videorna bedömdes självständigt av utbildade forskare, vilket gav fäder en gradering av deras interaktioner.
Vid två års ålder mättes spädbarnens kognitiva utveckling i tester som omfattade uppgifter som att känna igen färger och former.
Gå med i samtalet - hitta oss på Facebook
Forskarna analyserade data för 128 pappor och fann – med hänsyn till faktorer som inkomst och ålder – ett positivt samband mellan i vilken grad männen arbetade med sina barn vid tre månaders ålder och hur dessa barn fortsatte att göra poäng i testerna.
Det positiva sambandet mellan inblandade fäder och högre provresultat sågs lika oavsett om barnet var en pojke eller en flicka.
Men barn vars fäder visade mer tillbakadragna och depressiva beteenden i far-infant interaktioner fick lägre betyg i kognitiva tester.
Studien, som publicerades i The Infant Mental Health Journal, drog följande slutsats: " Det är troligt att avlägsna fäder använder färre verbala och ickeverbala strategier för att kommunicera med sina barn och därigenom minska spädbarnets erfarenhet av socialt lärande.
"Fler tillbakadragna fäder kan också ge en mindre stimulerande social miljö, som på så sätt kan påverka barnets kognitiva färdigheter."
Forskningen ledde professor Paul Ramchandani, från Imperial, sade: "Även så tidigt som tre månader, dessa far-barn interaktioner kan positivt förutsäga kognitiv utveckling nästan två år senare, så det finns förmodligen något ganska meningsfullt för senare utveckling, och det har verkligen inte visats mycket tidigare."
Doktor Vaheshta Sethna från King's College London tillade: "Vi fann också att barn som interagerar med känsliga, lugna och mindre oroliga fäder under en boksession vid två års ålder visade bättre kognitiv utveckling, inklusive uppmärksamhet, problemlösning, språk och sociala färdigheter.
"Detta tyder på att läsaktiviteter och utbildningsreferenser kan stödja kognitiv och lärande utveckling i dessa barn."
Dr Sethna tillade: "Våra upptäckter belyser vikten av att stödja fäder att interagera mer positivt med sina barn i tidig barndom."
Studien kommer efter forskning av Oxford University fann självsäkra fäder, som omfamnade att bli förälder, var mindre benägna att ha barn som visade beteendeproblem före tonåren.
Denna forskning betonade vikten av en mans inställning till faderskap kort efter födelsen.
Barn lär sig snabbare om deras fäder engagerar sig med dem under de första månaderna av livet, föreslår en undersökning.