הייחוד בתוכנית הלימודים של מדעי הקוגניציה והמוח הוא השילוב בין התחומים השונים, שילוב שמטרתו לחשוף את התהליכים העומדים בבסיס התופעות המנטליות. דוגמאות מובהקות לשילובים מוצלחים כאלה ניתן למצוא בתורות של רכישת ויצירת שפה: הבלשנות והלוגיקה מנסחות אילוצים פורמאליים מתוך ניתוח השפה, הפסיכולוגיה מאפיינת את התהליכים המקיימים אילוצים אלה, הנוירולוגיה מאתרת את המבנים המוחיים המממשים את אותם תהליכים, ומודלים חישוביים מספקים מסגרת תיאורטית ומושגית לתיאור התהליכים.

שיטות המחקר המייחדות את מדעי הקוגניציה והמוח כוללות, בין השאר, מחקר אמפירי (בבני אדם או בבעלי חיים), בנייה ויישום של מודלים חישוביים, ובחינת יחסי הגומלין בין מודלים אלו לבין המחקר האמפירי בתחומי הקוגניציה השונים כתפיסה, למידה, זיכרון ושפה.

התכנית ללימודי הבוגר (תואר ראשון) נפתחה בשנת תשס"ב, בנוסף ללימודי המוסמך (תואר שני) ולמסגרת מצומצמת יותר של "חטיבת לימודים" שהוצעו זמן מה לפני כן. מטרת התוכנית היא לחשוף את התלמידים לתכנים, לשיטות המחקר ולסוגי החשיבה השונים המאפיינים את מדעי הקוגניציה, ובכך לפתח גמישות מחשבתית ומיומנות בין-תחומית שיפתחו בפני הבוגרים אפשרויות תעסוקה מגוונות. בוגרי התוכנית יוכלו, בין השאר, להמשיך במחקר מדעי בתחומים השונים במדעי הקוגניציה והמוח, ולהתמחות בתחומים ייחודיים בתעשיית ההיי-טק כמו בלשנות חישובית, לשון ולוגיקה, חישוביות עצבית, וחישוביות ומוסיקה.

תכנית הלימודים משותפת לפקולטות למדעי הרוח, מדעי החברה ומדעי הטבע, וכן לבית הספר לחינוך. מסלולי הלימודים המוצעים הם חוג לימודים ראשי לתואר בוגר, חטיבת לימודים מצומצמת לתואר בוגר, תכנית לימודים אישית למוסמך, ולימודי דוקטורט. תלמידי התכנית משנת תשע"ט יקבלו תואר בוגר B.Sc.