L'enrichissement cognitif vise à stimuler les capacités mentales des animaux en leur proposant des situations qui sollicitent la réflexion, l'apprentissage et la résolution de problèmes. Ce type d'enrichissement encourage les animaux à utiliser leurs compétences cognitives pour atteindre un objectif, souvent lié à l'obtention d'une récompense. 

Il peut prendre la forme de dispositifs à manipuler, de puzzles alimentaires, de boîtes à ouverture multiple, ou encore de système nécessitant une séquence d'actions pour accéder à la nourriture. Ces activités incitent les animaux à explorer, tester différentes stratégies et apprendre par essais et erreurs.

L'enrichissement cognitif peut également inclure des activités d'entrainement basées sur le renforcement positif, qui permettent de stimuler les capacités d'apprentissage tout en renforçant la relation entre l'animal et le soigneur.

Lorsqu'il est adapté aux capacités et aux besoins de l'espèce, ce type d'enrichissement contribue à maintenir l'engagement mental des animaux, à favoriser l'expression de comportements d'exploratoires et à réduire l'apparition de comportements liés à l'ennui ou à la frustration.