El càlcul mental activa diversos processos cognitius. En primer lloc, la memòria de treball juga un paper fonamental, ja que els infants han de mantenir i manipular mentalment la informació mentre operen. A més, es posa en marxa la memòria a llarg termini, per recuperar dades com les taules de multiplicar o les combinacions conegudes.

També es mobilitzen habilitats com la flexibilitat cognitiva (per canviar d’estratègia si cal), l’atenció selectiva (per mantenir el focus en els passos de càlcul) i la metacognició (per controlar i revisar el procés mental propi). Totes aquestes funcions són crucials en el desenvolupament de l’autonomia matemàtica.

Des del punt de vista del desenvolupament, el càlcul mental es relaciona directament amb les etapes descrites per Jean Piaget, especialment la transició entre el període preoperatori i el pensament operatiu concret (aproximadament entre els 6 i els 12 anys). En aquesta etapa, els infants comencen a manipular mentalment quantitats i a comprendre les propietats de les operacions.

D’altra banda, la teoria de Vigotsky ens recorda que l’aprenentatge s'afavoreix a través de la interacció social i l'acompanyament dins de la zona de desenvolupament proper (ZDP). En aquest sentit, el càlcul mental es pot potenciar mitjançant activitats col·laboratives, diàlegs a l’aula i la verbalització d’estratègies.

També podem tenir en compte Bruner, que proposava tres modes de representació del coneixement: el manipulatiu (actiu), l’icònic (visual) i el simbòlic (abstracte). El càlcul mental es desenvolupa a mesura que l’infant passa d’usar materials concrets a representar mentalment les quantitats i finalment operar de manera simbòlica.