Cilvēka izaugsme un attīstība notiek daudzos līmeņos, un kognitīvā attīstība ietver procesus, ko indivīds piedzīvo, attīstoties garīgi un intelektuāli. Uzskati par kognitīvo attīstību pusaudža gados var atšķirties atkarībā no reģiona, un daži reģioni pat neatzīst pārejas izaugsmes periodu, ko sauc par pusaudža vecumu. Diskusijas nolūkos par pusaudža vecumu tiks uzskatīts periods no aptuveni 12 līdz 18 gadiem. Viena no galvenajām kognitīvās attīstības jomām pusaudža gados ir abstraktas spriešanas pieaugums: pāreja no konkrētas attīstības stadijas uz formālu darbības attīstības stadiju. Citi kognitīvās attīstības ceļi ietver egocentrisma mazināšanu un pašidentitātes meklējumus.
Vienu no slavenākajām kognitīvās attīstības teorijām izvirzīja Žans Piažē. Šis bērnu psihologs raksturoja četrus intelektuālās attīstības posmus no bērnības līdz pusaudža vecumam. Pēdējie divi posmi, konkrēti un formāli darbības, attiecas uz kognitīvo attīstību pusaudža gados. Konkrētajā agrīnās pusaudža gados bērns var domāt abstrakti un apšaubīt idejas par redzēto un piedzīvoto, turpretim agrāk viņš par pasauli domāja tikai par to, ko tieši varēja piedzīvot ar maņām. Formālās darbības stadijā, kuru pusaudži un pat pieaugušie galu galā var nesasniegt, abstraktā spriešana un iztēle attiecas uz jēdzieniem un idejām, kas nav viegli pamanāmas vai nav daļa no indivīda vispārējām zināšanām, piemēram, filozofiski jautājumi.
Vēl viena galvenā kognitīvās attīstības sastāvdaļa pusaudža gados ir pusaudža skatījuma uz sevi attiecībā pret pasauli attīstība. Kad indivīdi sāk pusaudža vecumu, viņi bieži nēsā līdzi bērnības egocentrismu. Citiem vārdiem sakot, agrīnais pusaudzis ir ļoti egocentrisks un filtrē lielāko daļu mijiedarbības un ideju, ņemot vērā to, kā informācija viņu ietekmē personīgi. Pusaudzim sasniedzot pilngadību, viņš vai viņa var pilnībā pārveidoties par pasaules uzskatu, kas lielā mērā ņem vērā domu un darbību ietekmi uz citiem. Lielākā daļa pusaudžu piedzīvos zināmu kustību prom no pilnīgas egocentrisma, pat ja viņi saglabā lielu daļu no šīs iezīmes.
Vienlaicīga fiziskā, psihosociālā un emocionālā attīstība, iespējams, ietekmēs arī kognitīvās attīstības posmus pusaudža gados. Hormonālās izmaiņas var ietekmēt smadzeņu attīstību, izraisot emocionālus uzliesmojumus un tradicionālo ideju apšaubīšanu, īpaši, ja šīs idejas nāk no vecākiem vai citām autoritātēm. Kad viņi attālinās no vecāku ietekmes, daudzi pusaudži vēršas pie vienaudžiem, lai saņemtu apstiprinājumu, tāpēc pusaudža sociālajam lokam bieži būs liela nozīme ideju un uzskatu veidošanā. Psihologs Ēriks Eriksons pusaudža attīstības posmu raksturoja kā nestabilu identitātes vs lomu apjukuma periodu, kurā indivīds izmēģina jaunas pieredzes un uzņemas dažādas attieksmes neatkarīgas un patiesas pieaugušā identitātes meklējumos.