認知理論認為成人的第二語言學習，和小孩子習得其母語是有差異的。認知理論來自認知心理學，焦點在於語言習得中「普遍」(general)的認知過程，如遷移(transfer)、簡化(simplification)、概化(generalization)和重建(restructuring)。
麥克羅琳認為在第二語言習得裡，認知理論有以下取向：
一、強調「知道」(knowing)的過程，而不是「反應」(responding)的過程；關心的是其心理層次，而不是刺激和反應的過程。
二、強調心理結構(mental structure)或組織(organization)，認為所有人類的知識都可以被整合到這個結構裡頭。
三、強調人不僅僅是接受外在刺激，同時是主動地能夠思考、理解、記憶並產生語言。
第二語言學習是一個相當複雜的認知技能，它包括自動化、整合、組織到內在或主導系統。
根據史芙林(Shiffrin)和史納德(Schneider)，「自動化」(automatization)是透過練習，將技能變成日常生活的一部份。通常記憶就像一個一個的「節」(nodes)，在學習的過程中，會一系列被激發。只要習慣被激發，就會產生自動化的反應。一但完成自動化反應，就很難被壓抑或改變。若仍在「控制階段」(controlled processing)，表示該「節」尚未成為序列且未被激發。技能的發展，就是在這「自動化」和「控制」的轉變。「自動化」和「控制」的差別，同時也用以解釋不同的語言學習任務。關於語體(style)的差異，口語或白話(vernacular style)，比較傾向「自動化」的結果；而書面語或敬體(careful style)則有大量的監控，而且會使人們在意其所產出的語言，這有「控制」的意味。塔隆(Tarone)認為，我們可以將學習者的中介語系統(interlanguage system)視為一連續(continuum)，介於口語和書面語之間，否則就只能像克拉申一樣依注意力分為意識(conscious)和潛意識(subconcious)了。
安德森(Anderson)則分為「陳述性」(declarative)和「程序性」(procedural)的知識，用以分別資訊處理和儲存的差異。陳述性的知識是外顯且有意識的，包括「知其然」(knowing that)，知道詞彙的定義或語法規則。而程序性的知識則是「知其所以然」(knowing how)，知道語言如何表現。安德森對技能習得的描述有三個階段：一、認知(cognitive)階段，有意識地知道陳述性知識；二、關聯(associative)階段，將上面的知識進行程序化(proceduralize)；三、自主(autonomous)階段，表現可能多少自動化而且錯誤消失。
認知理論學者傾向認為在語言學習時，「自動化」和「重建」(restructuring)是關鍵的概念。
而在課堂的學習，亞素伯爾(Ausubel)則將「死記硬背」(rote)和「有意義」(meaningful)的學習進行區分。「死記硬背」所學習到的素材是肢解、破碎的，無法被整合到認知裡，即無法建構。但「有意義」的學習則可以輕易地被整合到認知結構。而為了讓學習變成「有意義」的，學習者的專注力(attention)也應該被放入考量。
認知理論尚無法解釋來自語言普遍現象對於語言發展所造成的限制，麥克羅琳認為認知理論仍應該更多地和第二語言的語言學理論連結才是。
近來，認知理論也開始受到基於人類腦部功能的「連結理論」(connectionism)的挑戰。「連結理論」是描述心理作用的過程中，那些非常簡單的處理單元。神經科學的研究指出，人腦有千億個神經，就像電腦一樣，有點呆滯、有點吵雜；但「心理」卻被認為是在短時間內，就能夠辨視物體，處理複雜視覺的東西。「連結理論」認為，「學習」只要調正連結的強度，就能夠透過「教學輸入」(teaching input)，導引至預期的「輸出」(output)。而這個「網絡」是可以透過訓練，使「輸入」和「輸出」達成的，「知識不是那些位元，而是連結本身。」
「連結理論」認為心理不是用來斷定離散的符號或規則，也沒有清楚的邊界；而且透過網絡流動地連結，成就知識。「認知理論」則忽略這些連結的過程，想要找到一個一體適用的規則。「連結理論」認為，關於資訊處理的控制，常常受到許多過去的網絡的擾亂。有人認為這樣子的網絡控制，看起來有點像掌控了行為，但這反應的是來自不同軌跡輸入的強度。這也是為什麼「連結理論」看起來不同於普世語法、監控理論和認知理論。有些「連結理論」的模式認為有「反向傳遞」(back-propagation)的模式，透過利用學習過程的「輸出」去和目標「輸出」進行回饋網絡的連結。不同學者對於「連結理論」有不同的意見，有人認為這只是另一種行為主義的形式、有人認為這是一個完全不可知，且別於自然主義和實證主義的觀點、也有人認為這是基因決定論。
事實上，在第二語言學習領域裡頭，大多數的學者都同意「個人差異」(individual learner differences)扮演了很重要的角色。當然很多人相信年紀、態度、動機、性格、認知方式和偏好的學習策略也在理解中有其影響，但習得順序或習得路徑的研究上，通常個人差異常常是被極小化的。有人嘗試去訪談那些能夠將語言學得很好的成功學習者，但卻發現其沒有什麼共通點。作為老師，於課堂上處理個人差異是一個難是。
關於個人差異，我們可以有一些分類：一、感知事物不一樣，對外在物理環境的反應不一樣；二、社會偏不一樣；三、心理上，資訊處理不一樣，如「場地依賴」。由於有這些個人差異。加洛威(Galloway)和拉巴卡(Labarca)認為，我們無需去找出和滿足課堂上「全部」學習者的需求，而是從提供「部分」需求開始。提供一個友善的環境，讓學生感到有效率且自主地達到其學習任務。