La simulazione cognitiva è anch'essa una forma di valutazione della usabilità da parte di un esperto. In questo caso, però, non vengono analizzati gli aspetti principali della progettazione e dell'usabilità del prodotto, ma ne viene simulato a livello cognitivo l'utilizzo da parte di un utente tipico. Il ricercatore cercherà di predire se e dove l'utente incontrerà particolari problemi di utilizzo, basando il proprio giudizio sulle proprie aspettative circa le capacità e le conoscenze dell'utente medio. Sotto molti punti di vista, la simulazione cognitiva è assimilabile al metodo dell'analisi del compito, poiché anch'essa scompone il compito nelle sue componenti principali; se ne differenzia nel metodo di valutazione della complessità: mentre nel caso dell'analisi del compito l'usabilità è da ricercarsi nel minor numero possibile di passaggi, l'analisi cognitiva tiene conto anche della complessità a livello cognitivo di ciascuna componente del processo. Compito dell'osservatore è dare una spiegazione convincente dei motivi che dovrebbero spingere un utente a scegliere una determinata azione che permette di conseguire un determinato scopo. Il walkthrough permette di determinare se ogni azione analizzata viene di fatto resa possibile dall'interfaccia o se, al contrario, essa ne ostacoli il successo.
Vantaggi: ai consueti vantaggi associati all'utilizzo di metodi non empirici, l'analisi cognitiva aggiunge maggiore potenza diagnostica e semplicità di gestione. Inoltre, questo metodo si distingue dalla valutazione da parte di esperti perché si basa su un'analisi più approfondita e concreta dei compiti che il prodotto è chiamato a svolgere.
Svantaggi: anche in questo caso, il metodo affida tutta la propria efficacia al giudizio di una singola persona, senza offrire la possibilità di verificare che le conclusioni cui egli giunge siano universalmente accettabili. Esso presuppone che il ricercatore cui è affidata l'analisi sia sufficientemente esperto sui principi generali della psicologi dei fattori umani, che sia in possesso di un'ottima conoscenza del prodotto da analizzare, che sia in grado di dividere correttamente un compito nelle sue diverse componenti, e che sappia prevedere quali potranno essere le capacità, conoscenze e attitudini degli utenti finali. Chiaramente, non è semplice ritrovare tutte queste competenze riunite nella stessa persona.