Aivot ja kognitiivinen tiede liittyvät toisiinsa, koska kognitiivinen tiede on mielen ja älykkyyden monitieteinen tutkimus ja aivot ovat mielen ja älykkyyden fyysinen ja biologinen perusta. Aivojen toiminta on aina ollut mysteeri, mutta tekniikan kehitys, kuten kuvantaminen, on johtanut laajempaan ymmärrykseen siitä, mitä aivoissa tapahtuu sellaisten prosessien aikana, kuten ajattelu, muisti ja aistien syöttö. Nämä prosessit johtavat kognitiivisiin muutoksiin. Aivojen ja kognitiivisen tieteen suhde on biologinen, psykologinen ja fysiologinen.
Kognitiivinen tiede on suhteellisen uusi tieteenala, joka koostuu tieteenaloista, kuten psykologiasta, filosofiasta, antropologiasta, neurotieteestä, sosiologiasta ja koulutuksesta. Se on tieteellinen tutkimus siitä, mitä kognitio on, tapa, jolla tietoa käsitellään, ja prosessin vaikutukset käyttäytymiseen. Kehittyneen aivojen kuvantamisen vuoksi on nyt mahdollista analysoida aivotoimintaa, kun se suorittaa erilaisia kognitiivisia tehtäviä. Käyttäytyminen voidaan yhdistää aivojen fysiologiseen toimintaan, mikä puolestaan johtaa parempaan ymmärrykseen siitä, miten tietoja käsitellään.
Aivoihin ja kognitiiviseen tieteeseen eniten liittyvä kurinalaisuus on kognitiivinen neurotiede. Tämä koskee tieteellistä tutkimusta kognition biologisesta perustasta, erityisesti henkisen prosessin hermoreiteistä. Periaatteessa kognitiivisen neurotieteen tavoitteena on kuvata, miten aivot luovat mielen ja kognitiivisen tieteen tavoitteena on tutkia mieltä. Ei ole sattumaa, että kognitiivinen tiede, kognitiivinen neurotiede ja kehittyneemmät aivojen kuvantamistekniikat syntyivät lähes samanaikaisesti. Tutkimusala voidaan luokitella tieteeksi vain silloin, kun se on mitattavissa, ja se on mahdollista vain tekniikan kehityksen avulla.
Monia aivojen ja kognitiivisen tieteen tutkimisesta opittuja periaatteita sovelletaan koulutukseen, tekoälyyn ja psykoanalyysiin. Monet aivojen toiminnasta ovat edelleen tuntemattomia, mutta se, mikä on tullut tunnetuksi, on muuttanut suuren osan siitä, mitä uskottiin olevan totta. Esimerkiksi kerran pidettiin tosiasiaa, että aivot lakkasivat kehittymästä jossain vaiheessa murrosiässä, mutta nyt tiedetään, että aivot kehittyvät edelleen yli 20-vuotiaana. On myös havaittu, että aivojen saanti ja käsittely Tieto määräytyy biologisten, kognitiivisten ja psykososiaalisten tekijöiden yhdistelmän sijasta vain yhden tekijän sulkemalla pois muut. Tärkeitä oivalluksia on saatu niin monenlaisilta aloilta kuin oppimisvaikeudet, kuten lukihäiriö, kielen hankkimisprosessi, käyttäytymisrahoitus ja kognitiivinen ennakkoluulo ja riskien havaitseminen.