O cérebro de uma criança muda rapidamente ao longo da sua vida e não atinge o desenvolvimento completo até à adolescência tardia ou início da idade adulta. Existem quatro estágios de desenvolvimento cerebral, que foram identificados por Jean Piaget, um dos investigadores de psicologia do desenvolvimento mais influentes do século XX. À medida que a criança progride através dos diferentes estágios de desenvolvimento cerebral, ela adquire novas competências e formas mais complexas de compreensão.
Durante este estágio, o conhecimento da criança sobre o mundo é limitado porque se baseia na interação física com o ambiente. As crianças primeiro aprendem a diferenciar-se de outros objetos. Reconhecem então que são capazes de causar ações e agir intencionalmente, como sacudir um chocalho para causar um ruído ou premir um botão para fazer tocar música. Por volta dos sete meses de idade, a criança compreenderá a permanência do objeto, significando que entende que os objetos ainda existem mesmo quando não os está a observar.
Neste estágio, a criança aprende a usar linguagem, memória e imaginação e é capaz de classificar objetos por uma característica. O pensamento da criança neste estágio é ilógico, não reversível e egocêntrico. O pensamento egocêntrico significa que a criança acredita ser o centro do universo, tem dificuldade em entender os pontos de vista dos outros e carece de empatia.
As crianças neste estágio de desenvolvimento serão capazes de entender e conversar sobre conceitos como quantidade, comprimento, líquido, massa, peso, área e volume. A criança pode pensar logicamente, classificar objetos por diferentes características e ordenar os objetos numa série. Por exemplo, uma criança será capaz de ordenar objetos do menor para o maior. Este estágio também marca a redução do pensamento egocêntrico.
O início deste estágio é marcado pelo retorno do pensamento egocêntrico. A inteligência é demonstrada através de pensamento lógico associado a conceitos abstratos. Uma pessoa neste estágio preocupa-se com o futuro, bem como com problemas hipotéticos e ideológicos. As competências neste estágio são as mais difíceis de adquirir. Apenas 35 por cento dos graduados do ensino secundário atingem este estágio e muitas pessoas não pensam formalmente mesmo na idade adulta.