語義學研究一直有兩個傳統，語言學傳統本身和哲學研究。前者關心詞的意義及其變化，後者關心的是語言表達與事物之間的關係。儘管它們屬於不同的領域，但經常交匯和融合。
19世紀後半葉及20世紀前幾十年中，語言學和哲學十分關心語言與感知、物理世界的關係，語言與神經的關係，關心詞語的來源，語言結構中的心理過程、概念方式和過程等。但是，由於Russell 的邏輯主義，Frege 對「心理主義」的批評，哲學就忽視了對自然語言意義的研究，語言結構分析與哲學中的語言理論分割，忽視認知結構在語言結構描寫中的作用等。
Taylor（2002）指出，認知語言學的研究是三元論的。認知語言學的基本問題是人類語言與心智的關係問題，而在認知語言學的理論框架中，語言、世界和知性的關係是不能迴避的。語言從自然屬性上說是一套符號系統，從社會屬性上說是人們用來交際的工具，從心理屬性上來說是人們的思維的工具。
因此，在語義學研究中，實際上可以分出三條路子：
（1） 語言-世界路子。語義被看作是語言詞語與外部世界事物的關係。
（2） 語言-內部路子。語義被作為語言內部詞語之間的關係來研究。
（3） 概念路子。語言詞語的意義被看作是語言使用者大腦中的概念化方式。
（Taylor，2002）
在從語言-世界關係的研究中，人們要回答的問題是：關於這一詞語，什麼樣的情景是通過它表達的？
在從世界-語言關係的研究中，人們要回答的問題是：針對這樣一種事態，什麼樣的語言詞語可以用來描述它？
語言-世界路子研究的主要問題包括：
1） 這一研究路子只能限於表達具體事物的詞語，「靈魂」、「鬼怪」之類詞語的意義就無法通過這一方法得到合理的解釋。
2） 語言詞語並不直接指稱外部世界，它們指稱的是心理空間中的事物。在這樣的心理空間中，被指的事物可以是想像中存在的事物。同樣，心理空間本身也可以是假設的、想像的、虛擬的。
3） 即使我們只研究具有具體指稱對象的詞語，這一研究方法也有問題，因為語言詞語的意義並不限於詞語和被指事物之間的關係。例如，stingy（吝嗇）和thrifty（節儉）的區別。
4） 同一事態可以通過不同的語言表達方式來表達：
（5）a. Someone stole the diamonds from the princess.
b. Someone robbed the princess of the diamonds.
c. The diamonds were stolen from the princess.
d. The princess was robbed of her diamonds.
這些句子反映了對同一事物觀察角度的不同。把意義看作是詞語與情景之間的關係無法解釋主動句和被動句之間的區別，更無法解釋rob（搶）和steal（偷）之間的區別。
語言內部法主要關心的是語言系統內部成分之間的結構關係，主要就是語言成分之間的聚合和組合關係。
Lyons（1968：443）指出，某一詞項的意義可以被定義為，不但是依賴，而且等同於該詞項的與同處一個系統的其他詞項之間的關係集合。
但是，問題在於，這些詞是如何獲得意義的？我們僅僅知道 buy（買）和sell（賣）之間的關係並不能幫助我們了解它們的概念內容。
語義研究的第三條路子就是概念路子。所謂的概念路子，就是從概念形成的過程和特點出發來定義詞的意義。例如，要想理解「斜邊」這一概念的意義，就必須了解什麼是直角三角形，而且知道兩者之間的關係。換句話說，「斜邊」必須在「直角三角形」的基礎上才能得到定義。這就是心理學上所說的「凸出/背景」（profile/ground）之間的關係。同樣，「島」的概念必須與「陸地」與「水」之間的關係發生關係。「半島」與「島」的區別也必須理解「陸地」與「水」之間的特殊關係。再如，「星期六」這一概念必須在「一星期有七天」這樣一個背景中才有意義；「假期」必須與「工作日」對比才有意義。還有，漢語中的「蓋子」、「縫隙」、「洞」、「點」、「角」、「抽屜」、「邊」、「孤兒」等等詞語的意義必須在一定的背景中才能真正準確理解。
從概念角度研究詞語的意義，還有一個相關的重要概念是「域」（domain）。例如，「平面幾何」，或者「空間」，就是三角形及其特徵獲得概念化的域。有時，某一概念可能同時屬於多個領域域，如「父親」這一概念就與「親屬關係域」、「生命域」、「家庭域」等發生關係。認知語言學中相關的概念包括：框架、腳本、情景（scenarios）、理想認知模型（Idealized Cognitive Model， 簡稱ICM）等等。
認知語言學採取的是第三條路子。
Talmy（2000）也指出，研究語言意義有三種方法：形式（formal）的方法、心理（psychological）的方法和概念（conceptual）的方法。
形式法主要研究語言顯性形式所表現出的結構方式，這些結構大都從意義中抽象出來，被認為是自足的系統。生成語法框架中所採納的形式語義學所包括的意義主要是該傳統主流所關心的形式範疇及其運算相對應的那部分。生成語言學與心理學的聯繫也主要限於那些需要用來解釋形式範疇及其運算的那些認知結構和處理。
心理法從相對一般的認知系統的角度來考察語言。因此，心理學早就開始從感知、記憶、注意和推理的角度來研究語言。它實際上部分地涉及到了另外兩種語言意義的方法。因此，它從語言的形式特徵和概念特徵兩個角度來考察語言。後者包括對語義記憶、概念聯想、範疇結構和語境知識的分析。心理法或多或少忽視了對在概念法中具有中心位置的結構範疇的考慮，忽視了圖式結構的整體系統，而這一整體系統正是語言賴以組織它所要表達的概念內容的工具。
概念法關心的語言中概念內容賴以組織的規律和過程。它研究的對象是語言中一些基本的範疇，如空間和時間、場景和事件、物體與過程、運動與處所以及用力與推力。它研究的對象還包括認知者擁有的基本概念和情感範疇的語言結構，如注意（attention）和視角（perspective）、意願（volition）和意圖（intention），以及句法結構。它還研究概念結構之間的相互關係，如隱喻映射、同一語義框架中、上下文和語境間，以及將概念範疇組合成更大結構系統中的概念結構。總之，認知語言學試圖確定語言中概念結構的整體結構系統。
Talmy（2000）指出，認知語言學研究其它兩種語言研究方法所關心的內容。首先，認知語言學從概念的角度考察語言的形式特徵。因此，它試圖從語法結構在表達概念結構中所具有的功能的角度來解釋語法。第二，作為其最鮮明的特徵之一，認知語言學試圖將其發現與心理法中的概念結構聯繫起來。它試圖通過那些心理結構來解釋語言中有關概念現象的特點，同時，在充分理解語言如何實現這些結構的基礎上，發現這些結構本身所具備的一些特點。認知語言學的目的之一是確定與概念內容有關的更為一般的認知結構，而這一結構將包括從心理學中獲知和從語言學中獲知的概念。根據這樣的描述，認知語言學可以認為是對其他方法的一種補充。
Talmy（2000）認為，語義學關心的應該是語言中所組織的概念內容 。一般的概念過程，即思想，將語言意義包括在其更廣泛的範圍內。語言意義顯然涉及從一般概念過程中進行選擇或對這一過程施加限制。而且從本質上看它也是這一過程的一個部分。因此，認知語義學的研究就是對語言中概念內容及其組織形式的研究，因而也是對一般意義上的概念內容及其組織的本質的研究。所以，認知語義學是現象學的一個分支，即有關語言中概念內容及其結構的現象學。
認知語義學的具體研究方法包括內省、對他人內省內容的分析、對話語和語料的分析、跨語言和歷時分析、對語境和文化結構的考察、心理語言學中的觀察和實驗手段、神經心理學中的語言病理研究以及神經科學中的儀器觀察法等等。
內省和對他人內省內容的分析。 對認知語義學來說，其研究的主要目標是存在於意識中的心理現象。認知語義學因此是現象學的一個分支，特別是有關語言中的概念內容及其結構的現象學。因此，只有通過內省才能接近意識的現象學內容和結構。
與其它認知系統一樣，語義系統的不同方面在其可意識程度上存在差異。比如，有人可能對聽到的某一個詞的某一特定意義有強烈的意識，但對該詞的多義或同義現象幾乎沒有任何意識。因此，一個詞的兩個不同的語義方面，可能在可意識程度上有差別—當下的某一特別意義以及它的意義範圍。
對話語和語料的分析。 這是常見的一種語義學研究方法。但新語料的發現或從一個新的角度來審視大家熟悉的語料可以幫助我們更好地解釋一些語義現象。例如，SÖren SjÖstrÖm就在「從視覺到認知」（From Vision to Cognition）一文中舉例說明了認知語義學如何可以通過發現新材料而得到進一步的發展。作者描述並討論了瑞典語中與視覺有關的詞語（動詞、名詞和形容詞）的多義現象，並以此為基礎討論了視覺與認知之間的關係。例如，作者指出，瑞典語中，「光」隱喻「知識」，因此，「光」代表「理解」，感知不到光代表「不理解」，而「照明」則代表「解釋」。
Åke Viberg 的「多義現象和詞庫中的區別」（Polysemy and Differentiation in the Lexicon）從跨語言角度調查了瑞典語中動詞的語義結構。作者對瑞典語中關於「身體接觸動詞」的語義場，如stryka（撫摩），smeka（擁抱），kittla（搔），skava（按摩） 和slå（打/擊）等進行了詳細的分析和對比。作者指出，動詞語義場一般以一個（有時也會是幾個）核心動詞為中心。Slå就是與身體接觸有關的動詞的核心詞。同一語義場其它的動詞可以被看作是slå某些方面的進一步說明或細化。這樣，對核心動詞的分析就可以為整個身體接觸語義場構建一種結構。當然，該語義場中的一些動詞同時也屬於其它的語義場，尤其是那些具有「聲音來源」特徵的動詞。作者還指出，身體接觸動詞與行為和運動動詞有關，這一點可以從身體接觸動詞的意義延伸中得到證實。
對語境和文化的考察。Jens Allwood的「語義學和意義的確認」（Semantics and meaning determination）提出了一種具操作性的語義研究思路（operational approach to semantics），這一研究思路具有認知、動態和與語境相結合的特點。作者認為，語境中的話語意義是通過話語中詞語的意義潛勢的結合產生的，而這一過程要受到語義運作和各種類型的語境信息的制約。作者提出這一研究思路其目的是建立一種研究不同說話者語言交際中意義是如何確定的的認知語義學。因此這一研究方法比一般的從認知角度研究語義的方法更注重語用和社會因素。
心理觀察和實驗。近年來隨著電腦和電腦成像技術的發展，人們可以通過電腦實驗方法對人類大腦活動方式進行模擬、觀察和研究。Kenneth Holmqvist的論文題目是「概念工程」（Conceptual Engineering）。作者為Langacker的認知語法提供了一個計算機模式。該模式的第一部分由一個語義構成過程組成，該過程將語義構成看作是一種意象附加（image imposition）。這一過程漸次增長，並且與「語義期待」有關。該模式的意義在於證明可以通過實驗的方法來了解疊加過程的各種機制，從而為修正整個模式提供了可能。
Jordan Zlatev運用計算機模型討論了語言詞語是如何基於經驗的。他採用了一種被稱之為「情景化的體現性語義學」（situated embodied semantics）。在這一模式中，意義從語言詞語和情景的配對中產生。作者運用連接主義模型來測試該方法的可行性，並由此了解諸如如何不依賴必要和充分條件而習得範疇、意義對語境的依賴以及說出和理解新奇表達法的能力等問題。
神經心理法。Elisabeth Engberg-Pedersen從認知語義學角度討論了聾啞人使用的手勢語。她論文的題目是「空間和時間」（Space and Time）。她首先討論了口頭交流中的空間-時間詞語，然後描述了丹麥手勢語中運用空間來表示時間的情況。作者發現，用於表達時間關係的語言手段以及表達空間關係的詞語之間存在在系統的聯繫。作者以Gibbson心理學為基礎，指出，儘管時間和空間並非完全不同的感知領域，但在某些認知層次上區分時間和空間的概念化是可能的。但是，時間和空間都不一定能看作是對方的隱喻性擴展。什麼是隱喻性延伸取決於語言使用者對特定詞語的基本意義的理解。
比較法。認知語義學研究的一個重要方法就是比較。一方面可以是語言之間的比較，另一方面可以是對同一語言的不同階段進行比較。前者是跨語言的比較，後者是語言的歷時分析。語法化（grammaticalization）的研究就需要通過歷時和共時的結合。
總體而言，研究意義與表層表達之間的關係有兩種方法：一種是保持某一語義實體不變，觀察它可以出現的表層實體。另一種方法是保持某一特定的表層實體不變，觀察什麼樣的語義實體可以通過它來表達。（Talmy, 2000: 22）