Inimese kasv ja areng toimub mitmel tasandil ning kognitiivne areng hõlmab protsesse, mida indiviid kogeb vaimse ja intellektuaalse arengu käigus. Arvamused kognitiivse arengu kohta noorukieas võivad piirkonniti erineda, mõned piirkonnad isegi ei tunnista üleminekuperioodi, mida nimetatakse noorukieaks. Arutelu puhul loetakse noorukiea periood ligikaudu 12-18-aastaseks. Noorukieas kognitiivse arengu üks peamisi fookusvaldkondi on abstraktse arutluskäigu tõus: edasiminek konkreetsest arenguetapist formaalsesse operatiivsesse arengufaasi. Teised kognitiivse arengu teed hõlmavad egotsentrismi vähendamist ja eneseidentiteedi otsimist.
Ühe tuntuima kognitiivse arengu teooria esitas Jean Piaget. See lastepsühholoog iseloomustas nelja intellektuaalse arengu etappi lapsepõlvest noorukieani. Kaks viimast etappi, konkreetne ja formaalne operatiivne, puudutavad kognitiivset arengut noorukieas. Varase noorukiea konkreetses osas võib laps mõelda abstraktselt ja seada kahtluse alla ideed nähtu ja kogetu kohta, samas kui varem mõtles ta maailmast ainult selle kaudu, mida sai meeltega vahetult kogeda. Formaalses tegevusetapis – kuhu noorukid ja isegi täiskasvanud ei pruugi lõpuks jõuda – laieneb abstraktne arutluskäik ja kujutlusvõime mõistetele ja ideedele, mis ei ole kergesti nähtavad või mis ei ole osa üksikisiku üldteadmistest, näiteks filosoofilised küsimused.
Teine noorukieas kognitiivse arengu põhikomponent on see, kuidas nooruk suhtub endasse maailma suhtes. Kui inimesed alustavad noorukieas, kannavad nad sageli endaga lapsepõlve egotsentrilisust. Teisisõnu, varajane nooruk on väga enesekeskne ja filtreerib enamiku interaktsioonidest ja ideedest läbi selle, kuidas teave teda isiklikult mõjutab. Täiskasvanuikka jõudes võib nooruk läbida täieliku muutumise maailmavaateks, mis arvestab suuresti mõtete ja tegude mõju teistele. Enamik noorukeid kogeb liikumist täielikust egotsentrilisusest eemale, isegi kui nad säilitavad suure osa sellest tunnusest.
Samaaegne füüsiline, psühhosotsiaalne ja emotsionaalne areng mõjutab tõenäoliselt ka kognitiivse arengu etappe noorukieas. Hormonaalsed muutused võivad mõjutada aju arengut, põhjustades emotsionaalseid puhanguid ja traditsiooniliste ideede kahtluse alla seadmist, eriti kui need ideed pärinevad vanematelt või teistelt autoriteetidelt. Vanemate mõju alt eemaldudes pöörduvad paljud noorukid kinnituse saamiseks eakaaslaste poole, nii et nooruki suhtlusringkond mängib ideede ja uskumuste kujundamisel sageli suurt rolli. Psühholoog Erik Erikson iseloomustas noorukiea arenguetappi kui ebastabiilset identiteedi vs rollisegaduse perioodi, kus indiviid proovib uusi kogemusi ja omandab erinevaid hoiakuid iseseisva ja tõelise täiskasvanu identiteedi otsinguil.