Psikolojinin temel bilim alt dallarında çalışan psikologlar; duyum, algı, öğrenme, bellek, güdü ve davranışın fizyolojik temelleri gibi konuları ele alırlar.
Temel bilim dallarının amacı doğanın düzenini keşfetmek, onu anlamak ve açıklamaktır. İlke ve yasaları bularak kuramlar oluşturmaktır. Temel bilim alt dallarının yanında bir de uygulamalı bilim alt dalları vardır. Uygulamalı bilim alt dalları, temel bilim alt dallarının verilerini kullanır.
Başlıca uygulamalı bilim alt dalları; eğitim, sağlık, din, spor, klinik, adli, trafik ve endüstri psikolojisidir. Psikolojinin temel bilim alt dalları, uygulamalı bilim alt dallarına temel oluşturur ve ona yol gösterir. Başlıca temel bilim alt dalları şunlardır:
Deneysel psikoloji, biyolojik süreçlerle davranış arasındaki ilişkiyi inceleyen fizyolojik psikolojiyle yakından ilgilidir. Deneysel psikoloji bu doğrultuda duyu organlarının yapısı ve işleyişi, kana karışan hormonların organizmanın bütününe ve dolayısıyla davranışa etkisi, değişik çevre koşullarının davranışı nasıl etkilediği gibi konuları deneysel olarak ele alır. Bireylerin kendine özgü davranış, düşünme ve duygu biçimleriyle ilgilenir. Kişiliğin yapılaşmasını etkileyen değişkenleri çeşitli boyutlarda inceler. Yeni testler oluşturur. Klinik, danışmanlık, sosyal, eğitim ve endüstriyel psikoloji gibi uygulama alanlarında psikologların kullanacağı ölçüm araçlarını ortaya koyar. Deneysel psikolojinin bu dalı psikometri adını alır.
Gelişim psikolojisi, bireylerin kronolojik yaşa bağlı olarak gösterdiği fiziksel, zihinsel ve sosyal değişimleri inceler. Duyu organlarının yaşa göre nasıl geliştiği, hangi yaşta ne gibi değişimlerin görüldüğü, bireyin gelişmesinde çevrenin rolü, çocuğun gelişim aşamaları ve yaşlılık dönemi gibi konuları ele alır. Çocukluk, ergenlik, yetişkinlik ve yaşlılık psikolojisi gibi dallara ayrılır. Bu psikoloji dalının gelişiminde psikodinamik, hümanistik ve özellikle de bilişsel yaklaşımın katkıları büyük olmuştur.
Sosyal psikoloji, birey toplum etkileşimini inceleyen psikoloji dalıdır. Sosyal psikoloji; başka insanları nasıl algıladığımız, bizim onlara, onların bize nasıl tepki gösterdikleri, toplumsal durum ve ortamların davranışı nasıl etkilediği gibi konular üzerinde durur. Bu psikoloji dalı özellikle davranışsal ve bilişsel yaklaşımın etkisiyle gelişmiştir.
Bilişsel psikoloji; bellek, algılama, düşünme, hatırlama ve unutma, problem çözme gibi bilişsel süreçlerle ilgili deneysel araştırmalar yapar. Bilişsel yaklaşımın bilişsel süreçleri incelemesiyle gelişmeye başlayan bir psikoloji alanıdır. Bilişsel süreçlerin beden yapısıyla ilişkisini inceleyen başka dallar da vardır. Örneğin zihinsel süreçlerin bedensel süreçlere etkisini psikofizyoloji incelerken bedenin zihinsel süreçlere etkisini fizyolojik psikoloji inceler.