Die Entwicklung der logischen Strukturen menschlichen Denkens durchläuft fünf (nach anderen Darstellungen vier) Stufen oder Stadien, die allerdings nicht im Sinne einer vollständigen Ablösung einer Denkform durch die andere interpretiert werden dürfen, sondern vielmehr aufeinander aufbauend und in Wechselwirkung stehend verstanden werden müssen. Allerdings postuliert Piaget, dass keine spätere Phase ohne die vollständige Erlangung der früheren erreicht werden kann. Bruners Theorie der kognitiven Entwicklung (1986) geht von ähnlichen Prämissen aus.
Piaget nahm an, dass Situationen oder Aufgaben, die alle die gleiche logische Struktur haben, von Kindern gleichen Alters richtig gelöst werden müssten. Dies ist aber nicht der Fall. Ein Problem wirft die Beobachtung auf, dass die gleiche Struktur in unterschiedlichen Gegenstandsbereichen nicht im gleichen Alter realisiert wird. Piaget hat dieses Problem relativ schnell erkannt und dafür den Begriff "Décalage" (horizontale Verschiebung) eingeführt, allerdings hat er keine Theorie dieser Verschiebung ausgearbeitet. Aufgaben mit der gleichen identischen Struktur werden von den Kindern zu verschiedenen Zeitpunkten in ihrer Entwicklung richtig gelöst. Es ist also so, dass mutmaßlich gleiche Leistungen in verschiedenen Bereichen entwicklungsmässig nicht synchron sind. Die Erwartung, dass alle Probleme der gleichen Struktur etwa zur gleichen Zeit gelöst werden können, entspricht dem Stufenkonzept, es gibt aber manchmal eine Verschiebung von bis zu vier Jahren. Der Ansatz der Entwicklungsstadien bezeichnet mit Stadium also einen Zeitabschnitt, in dem das Denken und Verhalten eines Kindes eine spezifische geistige Grundstruktur widerspiegelt.
Ein Stadium ist ein strukturiertes Ganzes in einem Zustand des Gleichgewichts. Jedes Stadium geht aus dem vorangegangenen Stadium hervor, integriert und transformiert es und bereitet das nach-folgende vor. Die Stadien bilden eine invariante Sequenz. Die Stadien sind universell. Jedes Stadium schreitet voran vom Werden zum Sein.
(0 bis 1;6/2;0 Jahre) Das Verhalten in der sensomotorischen Phase entsteht ausschließlich durch das Zusammenspiel von Wahrnehmungseindrücken und motorischer Aktivität. Das Kleinkind verfügt also weder über eine Vorstellungstätigkeit, noch über eine rationale Einsicht.
Bereits im Alter bis ca. 18/24 Monaten gibt es intelligente Anpassungen des Kindes an seine Umwelt. Allerdings erfolgen diese vorwiegend noch in der Form, dass spontane Handlungen (zunächst aufgrund angeborener reflektorischer Schemata) mit gerade vorhandenen Wahrnehmungseindrücken koordiniert werden (z. B. eine Rassel schütteln oder ein Mobile bewegen). In dieser Phase baut das Kind über eine immer größer werdende Reihe von primären, sekundären und tertiären Kreisprozessen (zunächst Lutschen, dann Greifen und später Hantieren) die Gesamtheit der kognitiven Substrukturen für die späteren wahrnehmenden und intellektuellen Konstruktionen auf. Daher ist diese Phase grundlegend für die spätere kognitive Gesamtentwicklung eines Kindes (Hospitalismus). Die sensomotorische Entwicklung unterteilt Piaget in sechs Abschnitte ein:
(1;6/2;0 bis 4;0 Jahre) Auf dieser Stufe lässt sich eindeutig Denken im Sinne verinnerlichten Handelns nachweisen. Das Kind wird fähig, mit Vorstellungen und Symbolen - die Piaget Vorbegriffe nennt - umzugehen. Das Kind weiß nun also, dass ein Symbol für ein Objekt stehen kann. Es verfügt ebenfalls über eine qualitative Identität. Die Identität eines Gegenstandes, etwa von Papier oder Knetmasse, bleibt die gleiche, auch wenn es durch Verformung anders aussieht.
Der Begriff der Symbolfunktion bezieht sich auf die Fähigkeit des Kindes, das Bezeichnete (ein Objekt, ein Ereignis oder ein Begriffsschema) durch ein Bezeichnendes (ein Wort, eine Geste, eine Vorstellung) zu repräsentieren. Es vermag nun, zwischen einem wirklich vorhandenen Gegenstand und einem nur vorgestellten Symbol zu unterscheiden. Es handelt sich insgesamt um eine prälogische Denkform - "prä-" natürlich immer im Vergleich zur üblichen in unserem Kulturkreis ausgebildeten und akzeptierten Erwachsenenlogik!
Das Kind lernt als Grundlage für seine spätere Entwicklung in der präoperationalen Periode den Gebrauch symbolischer Substitutionen wie der Sprache und der geistigen Bilder anstelle der sensomotorischen Aktivitäten des Säuglingsalters. Anstatt nach Dingen zu greifen, kann es jetzt etwa darum bitten. Auf dieser Stufe entwickelt das Kind die Fähigkeit, seine reale Umwelt mit vor allem sprachlichen Mitteln zu klassifizieren.
Die Kinder sind nicht fähig, die Welt in belebt und unbelebt zu unterteilen. So wird zum Beispiel die Bewegung der Wolken an die Fortbewegungsart der Würmer assimiliert und gleichzeitig werden die Wolken als Lebewesen gedeutet. Piaget nennt die Wahrnehmung unbelebter Gegenstände als belebt "animistische Deutungen".
Beim finalistischen Denken handelt es sich um eine fehlerhafte Assimilation. Die Existenz von Naturerscheinungen wird zweckmäßig erklärt, als ob es sich um menschliche Aktionen handelte. Bäume sind da, um uns Schatten zu spenden, Steine sind da, um Häuser zu bauen.
Beim artifiziellen Denken glauben Kinder, dass alles in der Welt von den Menschen oder von Gott gemacht ist. Sie verfügen also über Konzepte der Herstellung, der Anfertigung und des Machens. Kinder vermuten zum Beispiel, dass starke Männer einen Berg gemacht haben oder sie fragen danach, wer die Babys gemacht hat.
(4;0-7;0/8;0 Jahre) Es entwickeln sich auf dieser Stufe zwar schon "echte" Begriffe, aber das Denken ist wie auch in der nächsten Phase noch ganz an die Anschauung gebunden. In dieser Phase kommt es geradezu zu einer Explosion des Begriffsinstrumentariums, das allerdings noch recht vereinfacht und absolut gebraucht wird. Das Kind kann in der Regel noch nicht verschiedene Aspekte eines Gegenstandes oder einer Beziehung zwischen Gegenständen gleichzeitig erfassen und berücksichtigen, sondern es bleibt meist bei einem wahrnehmungsmäßig herausragenden Merkmal stehen.
Diese Stufe ist die am intensivsten erforschte Phase der Piagetschen Theorie, vor allem deshalb, weil sie im Übergang vom voroperatorischen zum operatorischen Denken gipfelt. Aus einer Phase, die von instabilen logischen Regeln gekennzeichnet ist (Invarianz, Objektpermanenz), kommt es zu einer qualitativen Veränderung. Die Fehler, die das Kind in diesem Stadium macht, nennt Piaget: unangemessene Generalisierungen; den Egozentrismus des Kindes; Zentrierung; eingeschränkte Beweglichkeit; fehlendes Gleichgewicht.
Piaget nennt nun die animistische, finalistische und die artifizielle Denkweise des Kindes egozentrisch. Piaget verwendet den Begriff Egozentrismus vielfältig, so z.B. zur Bezeichnung der Unfähigkeit, sich in die Rolle eines anderen hineinzuversetzen, den Blickwinkel eines anderen einzunehmen oder die eigene aktuelle Sichtweise als eine unter mehreren Möglichkeiten zu begreifen. Ein Kind dieses Alters zweifelt noch nicht daran, ob der Gesprächspartner verstanden hat, was es sagt, es fragt nicht nach. Das Kind weiß noch nicht, dass der andere die Dinge vielleicht nicht so versteht und sieht, wie es selbst. Es fühlt sich deshalb auch nicht dazu veranlasst, seine Ansichten zu rechtfertigen oder zu begründen. Durch die Entwicklung von Kompetenzen zur Perspektiven- und Rollenübernahme wird dieser kommunikative Egozentrismus allmählich überwunden. Mit der Zeit gelingt es dem Kind, die Perspektive anderer zu erkennen und sich in seinem eigenen Handeln und Sprechen auf die Verständnismöglichkeiten des Gegenübers einzustellen. So gelingt Kommunikation unter Berücksichtigung der Verständnismöglichkeiten unterschiedlicher Partner.
(7;0/8;0 - 11;0/12;0 Jahre) Die gedanklichen Operationen sind zwar weiterhin an anschaulich erfahrbare Inhalte gebunden, sie zeichnen sich jedoch durch eine größere Beweglichkeit aus. Verschiedene Aspekte eines Gegenstandes oder Vorgangs können gleichzeitig erfasst und zueinander in Beziehung gesetzt werden. Der Terminus konkrete Operationen meint, dass das Kind nun in Gedanken mit konkreten Objekten bzw. ihren Vorstellungen operieren kann. Es kann Reihen aufstellen, erweitern, einteilen, unterscheiden. Das Denken besitzt bereits die Eigenschaft der Reversibilität (Umkehrbarkeit), d. h., die konkreten Operationen können gedanklich umgekehrt werden, so dass eine durchgeführte Operation wieder aufgehoben wird. Das kindliche Denken erreicht in dieser Struktur die erste Form eines stabilen Gleichgewichts. Das Kind beschränkt sich beim zielgerichteten konkreten Denken auf das, was faktisch und wirklich ist. Allerdings wird in diesem Alter die "Realität" auch schon oft den kognitiven Schemata untergeordnet bzw. letztere werden bewusst manipuliert (etwa in Phantasien oder Wunschvorstellungen).
(ab 11;0/12;0 Jahren) Mit dem formalen Denken tritt nach Piaget eine Sinnesumkehrung zwischen dem Wirklichen und dem Möglichen ein. Das formale Denken ist grundsätzlich hypothetisch-deduktiv. Denkoperationen können auf dieser Stufe mit abstrakten, nicht mehr konkret vorstellbaren Inhalten durchgeführt werden. Dies entspricht der höchsten Form des logischen Denkens. Das Denken stützt sich jetzt vorwiegend auf verbale bzw. symbolische Elemente und nicht mehr auf Gegenstände. Die Reversibilität ist nun auch formal, d.h., abstrakt, gegeben. Das formale Denken besteht aus einem System von Operationen in zweiter Potenz, d. h., die Kinder können nun mit Operationen operieren, z. B. über ihr eigenes Denken, die Form ihrer Argumentation nachdenken. Nicht nur die inhaltliche Richtigkeit von Aussagen wird überprüft, sondern deren logische Form bzw. der "Wahrheitsgehalt" (Kritikfähigkeit).