认知负荷理论基于Richard Atkinson和Richard Shiffrin于1968年所提出的人类信息处理模型，并由图示呈现加以解释。这一理论框架中，人类的信息处理过程主要包含三个核心部分：感觉记忆、工作记忆和长期记忆。
澳大利亚认知心理学家John Sweller对认知负荷进行了深入研究。他定义认知负荷为个体在特定作业时间内，其认知系统所承受的心理活动总量。Sweller的理论以资源有限理论和图式理论为基础，从资源分配的角度深入探讨了认知负荷的机制。
在认知负荷理论及其在教学设计中的应用研究中，孙崇勇与李淑莲两位学者指出，认知负荷具有主观性、内隐性、变化性和相对性四大特点。
主观性特点
认知负荷的内在本质特征体现在学习者的个体差异上。每个学习者在进行信息加工时，所耗费的认知资源总量受到其动机、期望、心理压力、知识基础、时间认知和个性特征等多种因素的影响。这些因素导致不同学习者对相同任务的心理努力投入有所不同，从而使得认知负荷的水平表现出较大的个体差异性。
内隐性特点
学习者的认知加工过程是内部进行的，难以直接观察。学习者的思维过程和所承载的加工任务量隐藏在内部的认知系统中。
变化性特点
学习者的认知负荷并非一成不变。它随着时间段、学习材料和任务性质的不同而发生变化。学习者的知识水平、学习表现与认知负荷在不同学习阶段有所差异。
相对性特点
认知负荷是一种相对水平，它根据不同个体、个体不同时期以及处理不同任务材料而有所变化。
图式理论
从定义上讲，图式是知识与信息存储的一种有效方式。在个体学习新知识时，长期记忆中的图式能够快速而正确地归类新情境，这一过程是自动化的，不需要额外消耗认知资源，从而降低了个体的认知负荷。
资源有限理论
资源有限理论强调人的认知资源总量是有限的。同时进行多种活动时，会存在资源分配的问题。认知资源的分配遵循“此多彼少、总量不变”的原则。在认知资源有限的前提下，任何学习和问题解决活动都会消耗认知资源，可能导致认知超负荷。
建构学习理论
建构学习理论认为学习是主动的知识建构过程。学习者不是被动接受刺激，而是主动选择、加工信息并建构信息的意义。建构进一步发展了图式理论，认为图式的获得与自动化是学习的重要目标，它可以提升认知能力、提高学习效率并降低认知负荷。