Bilişsel (Kognitif) rehabilitasyon; dikkat, hafıza, görsel/mekansal, algı ve muhakeme gibi bilişsel becerilerin geliştirilmesi için uygulanan bir yöntemdir.  İnme veya kafa travması gibi meydana gelen olaylar nedeniyle kişinin çeşitli bilişsel becerilerinde bozulma meydana gelebilir. Kişinin beyninde oluşan hasar nedeniyle; dikkat, bellek, lisan, algı ve muhakeme yetenekleri  gerileyebilir veya tamamen kaybolabilir.  Bu durum kişinin yaşam kalitesini düşürür.  Örneğin frontal lobundaki hasar nedeniyle dikkat, planlama ve empati becerileri etkilenmiş bir kişi; kitap okumakta güçlük çekebilir, karmaşık görevleri yerine getirmekte zorlanabilir, insanların duygularını anlamakta güçlük çekebilir. Bu durumda kişiye eski becerilerini kazandırmak için bilişsel rehabilitasyon uygulanmaktadır. 

Bilişsel rehabilitasyon için öncelikle kişiye detaylı bir nöropsikolojik değerlendirme uygulanır. Nöropsikolojik değerlendirme sonucunun beyinde hangi şebekelerin (frontal şebeke, dil şebekesi, görsel uzamsal şebeke vs) etkilendiği tespit edilir.  Hasarın etki gösterdiği bölgeye göre etkilenen işlevler farklılık gösterecektir.  Frontal lobu hasarlanan bir hasta; kişilik değişiklikleri, dürtü ve öfke kontrol sorunları ağırlıklı olarak yaşarken, dil şebekesi etkilenen bir hasta konuşma, yazma ve okuma sorunlarını ağırlıklı olarak yaşayacaktır.

Beyindeki hasar sonucu etkilenen işlevler tespit edildikten sonra kişiye uygun bir egzersiz programı hazırlanmaktadır.  Hastanın tedavi süreci boyunca kendisi için hazırlanmış egzersiz ve ödevleri disipli ve sistemi bir biçimde uyması gerekmektedir.  Bilişsel rehabilitasyon, uzun süren bir süreçtir.  Hasarın boyutu, bozulan işlevin ne kadar etkilenmiş olduğu, hastanın yaşı; eğitim durumu ve iyileşme motivasyonu gibi faktörler iyileşme süreci üzerinde etki göstermektedir.