以皮亚杰的研究试验和与其同事巴贝尔·英海尔德（Barbel Inhelder） 的合作研究为依据，皮亚杰发展形成了自己的一套认知发展理论。该理论描述了儿童在不同阶段的成长与变化。

2岁左右的幼儿，皮亚杰定义其为感知运动阶段（sensorimotor stage）。这一阶段的认知发展包含了学习在做一些动作（比如伸手抓取东西）时，协调感知活动（比如观察活动在视线里的事物）。接下来，处于大约2-7岁时期的儿童称为前运算阶段（preoperational stage）。这时的孩子变得有能力使用符号，比如说话，或者把扫帚当作马骑。不过，处于该阶段的孩子心理加工能力很有限，也就是说，他们不会深思熟虑，也不知道准确表达事物运作机理。例如，处于该年龄段的孩子很喜欢那些关于把南瓜变成马车、青蛙变成王子的故事，那是因为他们的知识有限，认为这些并非脱离现实而是真的有可能。

儿童在大约7-11岁，称为具体运算阶段（concrete operations）。孩子们变得更加擅长于运用心理运算（mental operations），因此也更加清楚地认识世界。比如，他们明白，若是你把杯子里的水倒入另一个又高又细的瓶子里，水量是没有改变的。这时的孩子特别在意他们所体验的以及熟练使用的事物（Flavell et al., 1993; Gray, 1990）。他们难于解释那些需要系统地思考可能性和假设的情况。此时，迎来了另一个阶段，即形式运算阶段。