O ToonTalk é um ambiente rico e divertido para as crianças (de todas as idades) desenvolverem as seguintes capacidades cognitivas:

• Decomposição de problemas. Quando uma criança tenta construir algo, desde o mais simples programa, imediatamente é colocada na posição de ter de decompor o problema até um nível que o robot (e a mente) possa manipular. Se esta decomposição for bem feita, torna-se depois fácil construir ou programar cada peça. Esta é uma capacidade básica com múltiplas aplicações em ciência, em engenharia e também na arte. Para problemas mais complexos, esta actividade deve obedecer a uma estrutura hierárquica, em que os problemas são decompostos em partes, que por sua vez são decompostas em partes mais pequenas.
• Interligação de elementos. Esta é a contrapartida da decomposição de problemas. Não basta obter peças que trabalham isoladamente. É necessário também ter em conta as inter-relações entre os vários elementos e como isso afecta o todo.  Os vários componentes podem ser construídos de diferentes formas e nem todas funcionam igualmente bem. Trata-se de uma capacidade muito abrangente que envolve resolução de problemas, previsão e re-engenharia. Ao juntar os vários componentes, muitas vezes torna-se necessário re-equacionar a decomposição inicial. Esta etapa é um caso particular da capacidade de "depuração", uma das mais significativas, segundo vários autores, que a actividade de programação desenvolve.
• Representação simbólica. O software de simulação, quer se trate de simular uma bola, uma colónia de formigas, o trânsito citadino, ou um sistema ecológico, precisa de estruturas de dados que de algum modo representem o real que se pretende simular. No caso da bola, por exemplo, será necessário criar uma estrutura que guarde a posição da bola, a velocidade e a direcção do movimento. No caso de uma formiga, será necessário representar o nível de fome, a quantidade de energia e o estado dos vários sensores. A capacidade de conceber uma representação adequado para implementar modelos é crítica nas ciências e nas engenharias.
• Abstracção. Está intimamente relacionada com a "representação simbólica". O software pode ser muito específico ou muito geral. Consideremos, por exemplo, um programa simples em ToonTalk que troque dois números quando o primeiro for maior que o segundo. Podemos começar por construir um programa que apenas funcione quando o primeiro número for 2 e o segundo 1.  De seguida podemos começar a subir a escada da abstracção, de modo que trabalhe, primeiro com quaisquer dois números, depois com palavras, dado que se as palavras podem ser ordenadas alfabeticamente, há um modo de comparar se uma é maior que a outra e podemos, portanto,  ensinar um robot a subir mais um degrau na escada da abstracção. A habilidade para abstrair sempre que necessário parece ser uma capacidade cognitiva fundamental. O ToonTalk encoraja as crianças a trabalhar em exemplos concretos tentando depois abstrair a partir dos resultados.
• Pensar sobre o próprio pensamento. Seymour Papert escreveu bastante sobre como ambientes de programação adequados podem facilitar  a emergência na criança da capacidade de pensar sobre o próprio processo de resolução de problemas (metacognição). (Confrontar os livros Mindstorms  - Crianças e Computadores, Children's Machine - A Máquina das Crianças, e The Connected Family  - A Família em Rede.) Se, por exemplo, uma criança quer construir um programa que saiba jogar o jogo do galo, tem de enfrentar a questão de como é que o computador vai decidir a jogada que deve fazer. Isso vai obrigá-la a pensar de uma forma intencional sobre o modo como ela própria toma decisões para fazer uma jogada. Papert argumenta que uma pessoa se torna um melhor aprendiz, um melhor conceptor e um melhor solucionador de problemas  quando é capaz de reflectir sobre o próprio processo de pensamento. Talvez esta reflexão seja ainda mais efectiva, se dispusermos de um modelo das capacidades cognitivas como o que se apresentou acima.

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