早期的行為學派認為只要了解情境，就可以利用制約預測與控制人類行為，他們所認為的學習機制是很單純的，甚至可以透過研究簡單動物來類推，並認為「學習來自於經驗」。
然而，後期的認知心理學派認為，學習不只是學到行為本身，也會學到能幫助他們表現出此行為的訊息，稱為「認知」（cognition），也就是牽涉到心理表徵（representation）和知識處理的任何心理活動，諸如思考、記憶、知覺和語言使用。他們企圖探討學習的範疇與高等心智運作的歷程，認為學習不只是行為主義所稱的古典制約與操作制約，不只是一種隨機的嘗試，也不一定要有刺激才會產生。學習到的東西可能會內隱在認知當中，不一定每次都會展現在外顯的行為之中，在需要的時候才展現出影響力，因此先前的實驗未能被觀察到，在後期行為學派的實驗中才漸漸發現認知的影響力。此後更是帶動了更多相關的研究投入，企圖揭開認知學習的神秘面紗。
1930 年，托曼爾（Edward C. Tolman, 1886-1959）與霍齊克（Honzik）兩位科學家對老鼠進行實驗，證明思考與認知是學習的重要過程。他們設定將老鼠分為 A、B、C 三組，讓三組老鼠走迷宮，看每一組在迷宮中行走的狀況，其中 A 組在終點沒有給予獎勵，B 組有給予獎勵、C 組則是實驗進行途中時才在終點放置獎勵。
提出操作制約的桑代克（Edward Thorndike, 1874-1949），認為學習就是嘗試錯誤（trial & error）的過程，有機體會隨機嘗試，錯誤了再修正或改變行為。
然而德國心理學家科勒（Wolfgang Köhler, 1887-1967）不同意此說法，他認為有機體具有智能，學習應該不會這麼沒效率。他在 1925 年對黑猩猩進行了實驗：將一串香蕉掛在黑猩猩住的籠子內，但非伸手可及之處，此外，籠子內還放著一個箱子。黑猩猩一開始會伸手、跳躍，試圖拿到香蕉，但是都無法成功。牠在籠子中來回走動，看起來似乎不再嘗試著要去抓香蕉，但過了一會兒，牠突然把箱子移到香蕉下方，爬上箱子拿到了香蕉。若將香蕉掛得更高，猩猩則會將箱子疊更高以拿到香蕉。
在生活中，我們很多時候並不是自己直接去學習，而是藉由觀察別人的行為來了解事情的樣態進而學習仿效，這樣的學習方式叫做觀察學習（observational learning），也叫做替代學習。
觀察學習最著名的實驗是班都拉（Albert Bandura）的「波波娃實驗」（BoBo Doll），波波娃是一個人形充氣玩偶，班都拉找來兒童作為實驗對象，將其分成 A、B、C 三組，他們都要觀賞一段成年人毆打波波娃的影片，不同的是 A 組看到的影片結局是成年人因為毆打波波娃獲得了獎勵，B 組看到的是得到處罰，C 組沒有獎勵也沒有處罰。之後他們都被帶到波波娃所在的房間玩耍，結果發現 A 組兒童毆打波波娃的比例最高，B 組則最低。
果讓兒童看到大人毆打充氣娃娃被，並且毆打的人受到褒揚，得到各種獎賞以及稱讚，則兒童之後也極有可能會毆打充氣娃娃。但相反地，如果毆打充氣娃娃的人，受到了責難或是懲罰，則兒童對於充氣娃娃的攻擊欲望會減少許多。
個體擁有學習該行為的能力，並能再現模範的行為。
例如：我們雖然看著某舞者跳很多遍某個舞蹈，也不一定能馬上學會。
擁有表現學習到的行為之欲望。
以上四個要件與個體認知能力息息相關，也因此觀察學習會因個體的不同而有所差異。