La cognición se desarrolla rápidamente en esta etapa. Según Piaget, un referente en el estudio de la psicología infantil, los niños de entre 3 y 5 años se encuentran en un estadio cognitivo preoperacional, también llamado de inteligencia verbal o intuitiva.  

Piaget lo denomina preoperacional porque es anterior al pensamiento lógico u operacional.

¿Cómo piensa un niño entre los 3 y los 5 años? El pensamiento preoperacional del niño se caracteriza por varios aspectos:

• Los niños utilizan entre los 3 y 5 años un pensamiento basado sobre todo en la percepción a través de los sentidos. No puede deducir las propiedades que no observa de los objetos.  Este pensamiento todavía no es un pensamiento lógico. Se caracteriza por ser un pensamiento simbólico, utilizando la fantasía y la creatividad...

• El pensamiento del niño de 3 a 5 años es egocéntrico. El niño es el centro, es la referencia y el punto de partida. No conoce otras perspectivas diferentes a la suya. Cree que todo el mundo piensa, siente y percibe de la misma manera que él.  Se focaliza en un solo aspecto de la situación, obviando puntos de vista diferentes.
• No relaciona estados iniciales y finales de un proceso, ignora las transformaciones intermedias. Esto quiere decir que sólo comprende lo que ve en el momento. Para el niño de 3 a 5 años siempre es así, las cosas no cambian. 
• Establece lazos causales entre fenómenos por proximidad (por ejemplo, creer que tener sueño siempre implica que se acerca la noche).
• Cree que todo tiene una causa (por ejemplo, las nubes se desplazan para llevar agua a otro sitio). No entienden que algo pueda ocurrir por azar.
• Cree que todo está construido artificialmente por el hombre o por un ser superior (por ejemplo, la playa se ha construido llevando arena cerca del agua).

La atención y la memoria en los niños de 3 a 5 años

A partir de los 2 años, los procesos de atención de los niños son más controlados y planificados que en edades anteriores. Entre los 3 y los 5 años, los niños son capaces, progresivamente, de controlar su atención, dirigirla a algo concreto voluntariamente y planificar sus acciones relacionadas con la atención.

Alrededor de los 3 años, los niños van cambiando rápidamente de una actividad a otra. Hacia los 5 ó 6 años, se calcula que los niños pueden mantenerse en una misma actividad, preferentemente un juego, durante unos 7 minutos de media.

En cuanto a la memoria, los niños de 3 a 5 años empiezan a ser capaces de utilizar estrategias para memorizar, como repetir, narrar o señalar lo que han de recordar.

La memoria autobiográfica (recuerdos de la propia existencia) es la que se desarrolla más pronto (entre los 2 y los 4 años, los niños son capaces de describir sus recuerdos). Este tipo de recuerdos constituirán la base que necesita el niño para poder generar nuevos conocimientos.