Les théories de l'apprentissage servent à donner des explications de ce qui se passe lors du processus d'apprentissage. On est passé de l'approche béhavioriste de l'apprentissage à l'approche cognitive, puis l'approche constructiviste, socio-constructiviste et connectiviste. Cette évolution porte à la fois sur les finalités de l'apprentissage, sur le rôle de l'apprenant, sur le rôle de l'enseignant et sur le rôle du processus cognitif interne du cerveau (Villiot-Leclercq, 2007).
1. Le béhaviorisme (ou comportementalisme) est une théorie de l'apprentissage qui s'intéresse à l'étude des comportements observables sans faire appel à des processus mentaux non directement observables. Watson a été influencé par les travaux du russe Pavlov sur le conditionnement des animaux. Cette conception l'entraîna à formuler la théorie psychologique du stimulus-réponse (ou conditionnement classique). Fechner compare l'individu à une boîte noire, dont on ne sait rien sur ce qui se passe à l'intérieur, mais dont on peut prévoir certains comportements en proposant des stimuli particuliers. (Raynal, Rieunier et Postic, 1997)
2. Le cognitivisme (ou rationalisme) naît en même temps que l'Intelligence Artificielle, en 1956. Il est proposé par Miller et Bruner, et est centré sur les manières de penser et de résoudre des problèmes. L'apprentissage doit être envisagé comme nécessitant un traitement complexe de l'information reçue. Le cognitivisme considère qu'il y a trois catégories de connaissances : les connaissances déclaratives, procédurales et conditionnelles.
3. Les constructivistes croient que chaque apprenant construit la réalité en se basant sur sa perception d'expériences passées. Selon ce modèle, l'acquisition de connaissances passe par une réorganisation de conceptions mentales précédentes, un travail de construction ou de reconstruction. Pour Piaget, l'assimilation et l'accommodation forment un couple indispensable à l'activité cognitive.
4. Le socio-constructivisme, proposé par Vygotsky, reprend les idées principales du constructivisme de Piaget en y ajoutant le rôle social des apprentissages. L'apprentissage est vu comme l'acquisition de connaissances grâce aux échanges entre l'enseignant et les élèves, ou entre élèves. Bruner (1996) a également apporté sa contribution à la théorie socio-constructiviste.
5. Le connectivisme, développé par George Siemens et Stephen Downes, interroge le processus de l'apprentissage à l'ère du numérique et dans un monde connecté en réseaux en s'appuyant sur les limites du béhaviorisme, du cognitivisme, du constructivisme et du socio-constructivisme (Siemens, 2005).