Çalışma belleği, anlık bilgi işlemenin gerçekleştiği sınırlı kapasiteli bilişsel sistem olarak tanımlanır. Baddeley ve Hitch'in 1974'te önerdiği çok bileşenli model, merkezi yönetici, sesbilgisel döngü ve görsel-uzamsal taslak defteri bileşenlerini içerirken, 2000 yılında episodik tampon eklenmesiyle genişletildi. Bu yapı, çalışma belleği bilişsel yük teorisi tartışmalarında temel referans noktası olmaya devam eder. Bilişsel yük teorisi, John Sweller tarafından 1988'de formüle edildi ve eğitimsel tasarım alanında paradigma dönüştürücü bir etki yarattı. Teori, üç yük türünü birbirinden ayırt eder: içsel yük (öğrenilecek materyalin doğasından kaynaklanan, element interaktivitesiyle belirlenen), dışsal yük (öğretim tasarımından gelen, materyalin nasıl sunulduğuyla ilgili) ve üretici yük (şema oluşturma ve otomasyona katkı sağlayan, verimli bilişsel çabayı temsil eden). Çalışma belleğinin kapasitesi tartışmalı bir alan olarak sürmektedir. Miller'ın ünlü "7 ± 2" önermesi uzun süre temel alınmış olsa da Cowan'ın chunk-tabanlı analizleri kapasiteyi 4 ± 1 parçada konumlandırır. Bu ayrım pedagojik önem taşır: Öğretim materyali tasarlanırken işlem birimi sayısı mı yoksa chunk boyutu mu belirleyici olmalıdır sorusu, eğitim tasarımının pratik kararlarını doğrudan etkiler. Nöroimaj çalışmaları, çalışma belleğinin farklı bileşenlerinin farklı beyin bölgeleriyle ilişkilendiğini gösterir. Sesbilgisel döngü sol hemisfer perisylvian korteksini; görsel-uzamsal taslak defteri sağ dorsal striatal ağları aktive eder. Merkezi yönetici ise DLPFC aktivasyonuyla ilişkilidir ve bireylerarası farklılıklarda prefrontal hacim ile bağlantı gücünün belirleyici olduğu görülmektedir. Bilişsel yük ölçümü metodolojik açıdan tartışmalı bir alan olmayı sürdürür. Öznel ölçekler (NASA-TLX), fizyolojik göstergeler (pupil dilatasyonu, göz hareketleri, kalp atım değişkenliği) ve performans tabanlı ölçümler çoğunlukla düşük korelasyon gösterir; bu durum yapının çok boyutlu doğasına işaret eder. Uygulama alanlarında, çalışma belleği bilişsel yük teorisi kesişimi özellikle multimedya öğrenme, yazılım arayüz tasarımı ve klinik nöropsikologların değerlendirme süreçlerinde verimlilik optimizasyonu için kullanılır. Çoklu kaynak sunumunda modalite etkisi (görsel-işitsel eşgüdüm), fazlalık etkisi (gereksiz bilginin kaldırılması) ve bölme dikkat etkisi (metin-şekil uzamsal bütünleşimi) gibi ampirik ilkeler doğrudan bu teorik zemine dayanır. Gelişimsel boyutta, çalışma belleği kapasitesi ergenlik dönemine dek prefrontal myelinasyona paralel biçimde artar ve yaşlılıkta azalır; ancak söz konusu azalma bireysel stratejiler ve çevre zenginleştirmesiyle kısmen dengelenebilir. Bu nedenle çalışma belleği müdahale programları, nöroplastisite araştırmalarında aktif ilgi alanı olmayı korur.