科学採用的研究方法，包括来自心理物理学、认知心理学、、电生理学、和行为遗传学的实验典范。另外一部分重要的研究方向来自于脑伤病人的研究。脑部损伤所造成的认知功能受损，提供认知神经科学许多重要的证据（请参照：神经心理学）。而理论的发展则来自计算神经科学和认知心理学。
历史起源.部分认知神经科学学者持有特定脑部区位负责特定的认知功能这样的观点。这样的看法源自于许多不同的理论，如颅相学。虽然颅相学最后因为缺乏科学根据而被摒弃，但特定脑区控制特定认知功能的观点仍被採纳。而现今，在扬弃了观察头