數學心理學從數學和心理學以及物理和生物學的經典研究中汲取了獨特的方法。現代數學心理學的根源可以可以追溯到19世紀的兩位研究者,內科醫生恩斯特·海因里希·韋伯和心理學家古斯塔夫·西奧多·費希納。這兩個人是第一個從數學角度研究心理學的人,他們考慮了各種心理過程中的重量、聲音和視覺問題。這兩個人設計了韋伯-費希納定律,旨在闡明特定刺激的物理性與個體如何感知刺激之間的聯系。除了韋伯-費希納數學心理學模型外,史蒂文斯冪律是另一種常用的科學方法。它基于與韋伯和費希納格式相同的一般思想,但斯坦利·史密斯·史蒂文斯將這一技術擴展到了其他變體中。史蒂文斯在他的定律中包含的額外感覺包括更廣泛的心理體驗,比如亮度、響度、聲音,史蒂文斯接著在這些感覺上增加了測量,以便更好地推斷它們是如何影響個人的體驗的。更基本的數學心理學類型是信號檢測理論在這一理論中,研究人員研究大腦是如何測量和區分噪音和信號的。這種方法主要被心理學家使用,他們試圖了解大腦是如何在不確定或試探性的情況下做出決定的。例如,所有人的大腦都有相同的總體形狀,當一個腫瘤在大腦上形成時,它會改變一般的形狀。醫生檢查腫瘤的形狀和范圍,依靠他或她的訓練和直覺,有其他幾種廣泛應用的數學心理學模型,包括刺激識別方法,如神經網絡的研究和測量,簡單的決策模型,這項研究還可以應用于大腦如何學習,用數學精確地推斷出大腦吸收、保留和傳播信息的各種方式。
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