התפתחות קוגניטיבית היא העלייה ביכולתו של האדם לחשוב, להבין, לשקול מצבים ולפתור בעיות עם העלייה בגיל. מושג זה שייך לתחום הפסיכולוגיה ההתפתחותית והפסיכולוגיה הקוגניטיבית.
יש להבדיל בין התהליכים המוסיקליים הקוגניטיביים, שבהם מפרש המאזין את הצלילים בתור התרחשות מוסיקלית, לבין התהליכים הפסיכו-אקוסטיים (עליהם יפורט בהמשך), העוסקים בתפיסה ההכרתית הסובייקטיבית של גלי קול.
מחקרים שונים מראים כי ניתן לעודד ולגרות תהליכים קוגניטיביים שונים באמצעות נגינה והאזנה למוסיקה.
האזנה למוסיקה וביצועה נמצאו במחקרים שונים כבעלי השפעה חיובית על התפתחותם הקוגניטיבית של ילדים. בין השאר נטען כי בעזרת האזנה לסוגים מסוימים של מוסיקה ניתן לשפר את החשיבה המרחבית אשר חיונית לניתוח ופתרון בעיות בתחומי המתמטיקה, האדריכלות והאמנות.
במחקרים שנערכו בשנים האחרונות נטען כי ניתן להביא לשיפור הזיכרון, בייחוד אצל ילדים, על ידי חשיפתם ללימוד כלי נגינה. עוד נטען, כי שיעורי נגינה אחראים במקרים רבים לא רק לשיפור הזיכרון הקשור ליכולות מוסיקליות, אלא גם לשיפור משמעותי בזיכרון המילולי ולשיפור מסוים בזיכרון העבודה.
במדינות מערביות רבות נהוג לשלב לימודי מוסיקה כבר בגני הילדים מתוך מחשבה כי מוסיקה עוזרת בפיתוח מיומנויות בסיסיות כגון ריכוז, קשב, שיתוף פעולה ומשמעת עצמית.
בספרו "האנטומיה של המלנכוליה" (1621) מכיר רוברט ברטון בערכה של המוסיקה כתרופה למלנכוליה וליאוש.
את תדירותם ומהירותם של גלי קול ניתן למדוד בצורה מדויקת בעזרת מכשור מתוחכם, אך אין זה עניין טריוויאלי להבין היכן וכיצד מעובדים גלי קול אלו במוח האנושי.
פסיכו-אקוסטיקה (אנגלית: Psychoacoustics) הוא ענף בפסיכולוגיה של המוסיקה החוקר את התפיסה האנושית הסובייקטיבית של הצליל. תפיסה זו אינה נגזרת של מאפיינים פיזיולוגיים בלבד ותלויה במידה רבה גם במאפיינים פסיכולוגיים.