La psicología experimental se ha desarrollado fundamentalmente dentro de tres enfoques: el mentalista en la psicología de Wundt, el conductista (que llegó a considerar la psicología como parte de la ciencia natural) y el cognitivo. Los temas más discutidos y en los que esta disciplina tiene más éxito se refieren a la dimensión cognitiva del psiquismo (sensación, percepción, atención, memoria, pensamiento, lenguaje) y al aprendizaje.
La ciencia experimental, por ejemplo, considera que los fenómenos de la conciencia pueden estudiarse al estilo de la ciencia experimental, es decir, al igual que cualquier otra área de realidad puede analizarse en términos de relaciones de causa y efecto que permiten observar una relación predecible en ciertos eventos marcados por una cadena causal.
Es decir, se elogia al método experimental por ser sinónimo de exactitud y precisión, como lo muestra el campo matemático. Especialmente elogiado por aquellos que elevan el valor de la racionalidad al poder más elevado. Desde otro punto de vista, la filosofía muestra que hay áreas de lo humano que no se pueden analizar desde la perspectiva de lo exacto.
Por ejemplo, los sentimientos son incuantificables. La psicología experimental toma como objeto de estudio, entre otros temas: sensación y percepción, memoria como forma de conocimiento, proceso de aprendizaje, motivación humana, sentimientos y emociones, emoción del mundo interno y relaciones sociales. La psicología experimental se convierte en una herramienta importante para conocer mejor al ser humano.
Este método parte de la observación de la realidad en el más puro estilo científico que parte del análisis de los hechos con los que es posible establecer una hipótesis. El objetivo fundamental de la psicología experimental es comprender el comportamiento humano. Para lograr este objetivo, los experimentos se llevan a cabo con personas, pero principalmente con animales.
La psicología también se puede clasificar por el término metodológico utilizado, en ese caso, la ciencia experimental simula el proceso de la ciencia exacta para definir los patrones del comportamiento humano. La ciencia experimental, como en la ciencia misma, usa la observación para extraer leyes generales que explican los procesos mentales y las conductas humanas.
Es habitual señalar a W. Wundt como el fundador de éste planteamiento al crear el primer laboratorio de psicología experimental en Leipzig en 1876. La expresión «psicología experimental» se utiliza también para designar una parte de la psicología de W. Wundt: consideró a los estados mentales más sencillos como la percepción sensación, actos del sentimiento y actos de la voluntad, y podían ser estudiados con los métodos experimentales que hasta entonces se utilizaban sólo en fisiología; la introspección controlada con los registros fisiológicos y el experimento -pensó- permitiría la creación de una psicología que él llamó experimental o individual.