O estágio sensório-motor vai do nascimento aos 24 meses. No início, os bebês podem usar apenas seus reflexos para interagir com seu ambiente. Por exemplo, eles podem sugar, agarrar e olhar. À medida que seus cérebros se desenvolvem, os bebês começam a repetir intencionalmente ações que proporcionam prazer, como chupar o dedo.
Aos quatro a oito meses, os bebês repetem intencionalmente ações que afetam seu ambiente, como estender a mão para pegar um brinquedo. Eles também reagem a uma pessoa ou coisa oculta como se não existisse. Por exemplo, se uma bola com a qual uma criança está brincando está coberta por um cobertor, a criança não olha sob o cobertor para encontrar a bola. Algumas semanas depois, quando desenvolve a permanência do objeto, a criança entende que a bola ainda existe, mesmo que ela não possa vê-la.
Durante a segunda metade do estágio sensório-motor, as crianças começam a imitar as ações de outras pessoas e a experimentar novos sons e comportamentos. Eles também desenvolvem ansiedade por estranhos ou medo de pessoas não reconhecidas.