Existem dois tipos de empatia — afetiva e cognitiva. Segundo a psicóloga Deborah Serani, empatia afetiva é a capacidade de sentir o que outra pessoa está sentindo enquanto empatia cognitiva é a capacidade de perceber o que elas estão pensando. Empatia afetiva é controlada por funções cerebrais inferiores enquanto empatia cognitiva é regulada por funções cerebrais superiores. Pessoas com certos transtornos psicológicos e cerebrais carecem de empatia cognitiva, embora possam experimentar empatia emocional.
A capacidade de perceber o que outros pensam e sentem é o que diferencia humanos de outros animais. Assistir filme triste, por exemplo, gatilha resposta humana primitiva, permitindo conexão emocional com personagens. A maioria das pessoas também pode se conectar cognitivamente, adotando perspectiva alheia mesmo sem compartilhar opiniões. Embora pessoas possam possuir capacidade de ser empáticas, criminosos seletivamente se desconectam destes sentimentos para justificar vitimizar outros.
Equipe de pesquisa liderada por Simone Shamay-Tsoory em 2009 encontrou que áreas cerebrais inferiores regulam empatia afetiva enquanto áreas superiores regulam empatia cognitiva. A equipe comparou pessoas com dano ventromedial pré-frontal àquelas com dano no giro frontal inferior e grupo controle sem dano cerebral. Todos grupos receberam questionários medindo empatia. Aqueles com dano ventromedial mostraram déficits em empatia cognitiva mas não afetiva comparados a controles, enquanto aqueles com dano frontal inferior tiveram déficits em empatia afetiva mas não cognitiva.
Pessoas que sofrem de esquizofrenia ou transtornos do espectro autista carecem de empatia cognitiva, embora tenham empatia emocional. Quando solicitadas a ver fotografias emocionalmente carregadas, pessoas com estes transtornos tendem a ter reação emocional, embora não consigam especular o que a pessoa na foto pode estar pensando. Estes déficits orgânicos prejudicam interação social e levam pessoas com estes transtornos a se sentirem desconectadas de outros.
Como pessoas sem dano cerebral ou doença mental podem usar seletivamente suas habilidades de empatia, estas habilidades podem ser aprimoradas através de prática. Perguntar a si mesmo o que outra pessoa pode estar pensando quando você se encontra emocionalmente conectado com ela pode construir empatia cognitiva. Criminosos em terapia são solicitados a construir habilidades de empatia escrevendo cartas de desculpas às vítimas para conectar com fato de que seus crimes ferem outros emocional e fisicamente.