Tietojenkäsittelymalli on analogia, jota käytetään kognitiivisessa psykologiassa tapaan, jolla yksilö tallentaa, syntetisoi ja hakee tietoa. Se mallinntaa ihmisen aivot tietokoneeksi, joka käsittelee ulkoista tietoa ja tuottaa reaktion. Mallissa lyhytaikainen muisti ja pitkäaikainen muisti vastaavat tietokoneen prosessoria ja kiintolevyä. Ihmisen viisi aistia, jotka havaitsevat ympäristön ärsykkeet, ovat aivojen syöttölaitteita. Malli seuraa progressiivista tiedonkulkua aivojen kautta syötteestä tallennuksen kautta lopputulokseen.
Historiallisesti kognitiivinen psykologia oli poikkeus perinteisistä puhtaista käyttäytymiseen perustuvista ajattelumalleista. Käyttäytymismalli keskittyi yksilön havaittavaan reaktioon tiettyyn ärsykkeeseen, kun taas kognitiivinen psykologia tarkastelee sitä, miten tietoa käytetään aivoissa ja niiden sisällä. Tietokoneiden käytön myötä 1950- ja 1960 -luvuilla tietojenkäsittelymalli syntyi, kun verrattiin mekanismeja siitä, miten tietokone käsittelee tietojen tallentamista ja noutamista ihmisten mieleen.
Aivojen käyttämät syöttölaitteet ovat visuaalinen ja kuuloinen havainto, joita lisätään ja joskus korvataan muilla aisteilla. Aistimuisti on ensimmäinen pysäkki kaikelle aivoihin tallennetulle tiedolle, ja se virkistää ja havaitsee syötteen jatkuvasti. Tämä muistin vaihe ei kestä kovin kauan, ja sen keskittymistä rajoittaa vain yksilön huomio.
Kun tieto on tallennettu aistimuistilla, se käsitellään lyhytaikaisella muistilla. Kaikki tietoisuus ja tietojen käsittely tapahtuu lyhytaikaisessa muistissa. Se on rajoitetin muistityyppi sekä kapasiteetiltaan että kestoltaan. Tietojenkäsittelymallissa aivojen lyhytaikainen muisti on tietokoneen keskusyksikkö. Kerralla käsiteltävien informaatiobittien määrä on rajoitettu ja rajoitettu, mutta sitä voidaan parantaa ja pidentää toistojen ja tietojen ryhmittelyn avulla.
Lyhytaikaisen muistin käsittelemisen jälkeen tiedot voidaan tallentaa pitkäaikaisesti. Tiedot siirretään vaiheesta toiseen liittämällä ne aiempiin tietoihin tai aiempiin kokemuksiin. Pitkäaikaismuisti on käytännössä rajoittamaton kesto ja kapasiteetti. Muistien tallentamisen parantamiseksi voidaan käyttää erilaisia tekniikoita, kuten tekniikoita, joissa yhdistetään aistinvaraista syöttöä, kuten tiedon liittäminen tunnettuun kuvaan. Erilaiset oppimistyylit toimivat hyvin erityyppisille oppijoille, ja yksilöt voivat oppia ja opettaa uusia tekniikoita.
Tietojenkäsittelymalli on sarjaprosessi, joten yksi vaihe on suoritettava ennen kuin seuraava voi edetä. Rinnakkaiskäsittely on mahdollista monitehtävillä ja tehtävän parantamisella. Tämä on mallin raja, samoin kuin se tosiasia, että ihmisen aivot eroavat tietokoneesta tunteiden ja motivaation seurauksena. Resurssien kohdentaminen on myös rinnakkaisen ajattelun näkökohta, ja se voi vaikuttaa tietojen säilyttämiseen. Virheet ovat mahdollisia koko mallin ajan, sekä väärinymmärryksellä tapahtuvan tallennuksen että virheellisen muistamisen avulla.