Kognitivní procesy zahrnují základní mentální procesy, jako je vnímání, pozornost a percepce. Poznávání zahrnuje také složité mentální operace, jako je paměť, učení, používání jazyka, řešení problémů, rozhodování, uvažování a inteligence. Výzkumníci zabývající se kognitivním stárnutím zjistili věkové rozdíly v základním i komplexním poznávání, ale míra těchto rozdílů závisí na tom, jaký aspekt poznávání je zkoumán. Zatímco mentální nebo kognitivní procesy řídí chování, jsou odvozeny z pozorování chování. Výzkumníci zabývající se kognitivním stárnutím používají k těmto závěrům různé techniky nebo paradigmata. Ke zkoumání příčinných vztahů se používají experimentální techniky s hypotézami. Diferenciální techniky se používají ke studiu individuálních rozdílů v poznávání a k hledání vztahů mezi kognitivními procesy. Kontextuální přístupy se používají k pochopení vztahu poznávání ke každodenním činnostem. Kromě průřezových studií se změny měří v rámci účastníků v longitudinálních projektech. Ke zjištění vztahu mezi mozkem a poznáváním se používají neurovědecké techniky.