งานปี 2546 ทำการวิเคราะห์อภิมานตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างการออกกำลังกายกับสมรรถภาพการรู้คิดในเด็ก[80]แล้วรายงานความสัมพันธ์ที่มีประโยชน์ในเรื่องทักษะการรับรู้ ระดับเชาวน์ปัญญา การประสบความสำเร็จ การทดสอบทางภาษา การทดสอบทางคณิต ระดับพัฒนาการ และความพร้อมทางการเรียนและด้านอื่น ๆ ยกเว้นเพียงแค่ความจำ[80]โดยพบค่าสหสัมพันธ์สูงสุดในเด็กอายุ 4-7 ขวบ และ 11-13 ปี[80]

แต่งานปี 2554 กับพบผลตรงกันข้ามในเรื่องความจำสมมติฐานในงานศึกษานี้ก็คือว่า เด็กที่ฟิตน้อยกว่าจะได้คะแนนเกี่ยวกับ executive control และความจำที่น้อยกว่า มีปริมาตรฮิปโปแคมปัสที่น้อยกว่า เทียบกับเด็กที่ฟิตดีกว่า[81]แทนที่ข้อมูลว่า การออกกำลังกายไม่เกี่ยวข้องกับความจำในเด็กระหว่างอายุ 4-18 ปี อาจจะเป็นไปได้ว่า สำหรับเด็กก่อนวัยรุ่น เด็กที่แข็งแรงกว่าจะมีปริมาตรฮิปโปแคมปัสที่สูงกว่าและตามงานวิจัยที่ทำโดยนักวิจัยกลุ่มเดียวกันบางคน ปริมาตรฮิปโปแคมปัสที่สูงกว่ามีผลเป็น executive control และความจำที่ดีกว่า[82]และสรุปได้ว่า ปริมาตรฮิปโปแคมปัสสัมพันธ์ในเชิงบวกกับการทำงานทางความจำสัมพัทธ์ (relational memory tasks) ที่ดีกว่า [82]นี่เป็นหลักฐานแรกที่แสดงว่า การออกกำลังกายแบบแอโรบิกอาจสัมพันธ์กับโครงสร้างและการทำงานของสมองมนุษย์ก่อนวัยรุ่น[82]

งานวิเคราะห์อภิมานปี 2553 เกี่ยวกับผลของการออกกำลังกายต่อ executive functions ของเด็ก มีการทดลองสองแบบที่ใช้ประเมินผลแบบแรกเป็นการออกกำลังกายเป็นประจำ ที่จัดกลุ่มเด็กแบบสุ่มให้ออกกำลังกายตามเวลาเป็นเวลาหลายอาทิตย์แล้วประเมินผลทีหลัง[83]แบบที่สองเป็นการตรวจสอบผลทางการรู้คิดทันทีหลังจากการออกกำลังกาย[83]ผลของแบบประเมินทั้งสองแสดงว่า การออกกำลังกายแบบแอโรบิกอาจจะทั้งปรับปรุง executive functions ของเด็กแบบชั่วคราว และมีอิทธิพลต่อการปรับปรุงที่ยั่งยืนกว่า[83]

ส่วนงานวิจัยอื่น ๆ แสดงว่า การออกกำลังกายไม่มีผลต่อการเรียน ซึ่งอาจเป็นเพราะการกำหนดว่าอะไรเป็นการเรียนดีต่างกันมาก[84]นี่เป็นประเด็นการศึกษาที่คณะกรรมการการศึกษาเพ่งความสนใจเพื่อใช้ตัดสินใจว่า การออกกำลังกายควรเป็นส่วนหลักสูตรการศึกษาหรือไม่ นักเรียนควรใช้เวลาในวิชาพละเท่าไร และจะมีผลกระทบต่อการเรียนวิชาอื่น ๆ หรือไม่[80]

งานศึกษาในสัตว์พบว่า การออกกำลังกายมีอิทธิพลต่อพัฒนาการของสมองในช่วงต้นของชีวิตหนูที่มีล้อวิ่งหรือมีของเล่นออกกำลังกายอื่น ๆ มีพัฒนาการของเซลล์ประสาทเกี่ยวกับการเรียนรู้และความจำที่ดีกว่า[84]งานสร้างภาพสมองในมนุษย์แสดงผลเช่นเดียวกัน ที่การออกกำลังกายนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างและการทำหน้าที่ของสมอง[84]นักวิจัยบางท่านได้เชื่อมระดับความฟิตต่ำในเด็กกับการมี executive function ที่เสียหายเมื่อถึงวัยสูงอายุ แต่ก็มีหลักฐานเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ว่า ความจริงมันอาจจะสัมพันธ์กับความไม่สามารถควบคุมการการใส่ใจ หยุดพฤติกรรมอัตโนมัติ (inhibitory control) และไม่สนใจตัวกวนสมาธิ (interference control)[81]