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有意义学习是奥苏贝尔提出的与机械学习相对的概念。他认为，有意义学习过程的实质，就是符号所代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当观念建立非人为的和实质性的联系。这一论断既给有意义学习下了明确的定义，也指出了划分机械学习与有意义学习的两条标准。
要判断学生的学习是有意义的或是机械的，必须了解符号所代表的新知识与学习者认知结构中原有的观念的联系（简称为新旧知识的联系）的性质。新旧知识联系的性质既受学习者原有的知识背景的影响，也受要学习的材料本身的性质的制约。
第一条标准是新的符号或符号代表的观念与学习者认知结构中的有关观念具有实质性联系。
所谓实质性联系，指新的符号或符号代表的观念与学习者认知结构中已有的表象、已经有意义的符号、概念或命题的联系。
第二条标准是新旧知识的非人为的联系，即新知识与认知结构中有关观念在某种合理的或逻辑基础上的联系。
等边三角形概念与儿童认知结构中的一般三角形概念的关系不是人为的，它符合一般与特殊的关系。
无意义音节和配对形容词只能机械学习，因为这样的材料不可能与人的认知结构中的任何已有观念建立实质性联系，必须在逐个字母或项目之间建立联系。这样的学习完全是机械学习。在获得数概念前的幼儿，凭借他们发展较快的机械记忆能力，可以将乘法九九表口诀背熟，倘若从中抽出一句问他们，他们将不知所云，这也是机械学习。一切机械学习都不具备上述有意义学习的两条标准。
奥苏贝尔提出，进行有意义学习必须具备的三个前提条件：
1、学习材料本身必须具备逻辑意义。
材料的逻辑意义是指学习材料本身与人类学习能力范围内的有关观念可以建立非人为性和实质性的联系。不难理解，如果学习材料本身不具备逻辑意义，不表征任何实在的意义，如无意义音节等，那么它也不可能通过有意义学习来掌握。需要指出的是，有逻辑意义的材料内容并不一定都是符合客观实际的正确的知识。例如"太阳每天从西边升起"，从逻辑上讲它是可以表达特定意义的，但实际上太阳不会从西边升起。一般而言，学生所学习的知识是人类认识成果的总结和概括，因此都是具有逻辑意义的。
2、学习者必须具有有意义学习的心向。
所谓有意义学习的心向，是指学习者能积极主动地在新知识与已有适当观念之间建立联系的倾向性。学习材料具有逻辑意义，而且学习者认知结构中也存在适当观念的条件下（奥苏贝尔认为具备这两个条件时的新知识对于学习者而言是有潜在意义的知识），学习者是否具有有意义学习的心向，决定了他所进行的是否有意义学习，是否通过有意义学习使学习材料的潜在意义转化为实际意义即获得心理意义。缺乏有意义学习心向的学生，常常会面对有逻辑意义或潜在意义的材料也不会主动地寻求新旧知识间的联系，而是机械地按字面的表述死记硬背。
3、学习者的认知结构中必须有同化新知识的原有的适当观念。
构成有意义学习的第三个条件来自学习者已有的认知结构。奥苏贝尔很重视认知结构在有意义学习中的重要作用，认为它是影响学生知识学习的最重要因素。认知结构对有意义学习的影响主要取决于原有知识的可利用性、新旧知识间的可辨别性以及原有知识的稳定性和清晰性。可利用性是指学习者已有的认知结构中存在可以与新知识发生意义联系的适当观念，这些观念对理解新知识的意义起着固定作用，即为新知识与原有认知结构之间提供一个契合点，使新知识能固着在原有的认知结构中，进而与认知结构中的其他有关的观念联系起来。新旧知识间的可辨别性是指新学习的材料与原有的起固定作用的知识间的可分化程度，如果新旧知识之间差异很小，不能互相区别，那么新旧知识间就极易造成混淆，新知识就会被原有的知识取代或被简单地理解成原有知识，而失去它所内含的新意义。原有的起固定作用的知识的稳定性和清晰性是指学生对原有知识的理解是否明确无误的，是否已经巩固。如果学生原有的知识意义模糊，似是而非，或者掌握得不熟练，它不仅不能为新学习的知识提供有力的固着点，而且会在新旧知识间造成混淆。
奥苏贝尔认为，只有同时满足了上述三个条件，才有可能进行有意义的学习，使新学习的材料的逻辑意义转化为对学习者的潜在意义，最终使学习者达到对新知识的理解，获得心理意义。所谓心理意义是"一个或一组符号与认知结构建立非人为的和实质性的联系引起的"，获得新知识的心理意义既是有意义学习的目的，也是它的结果。由于学习者在年龄、生活环境、个人生活经验等多方面都存在着一定的个别差异，因此，同一新知识经有意义学习，在不同学习者头脑中所获得的心理意义是不尽相同的。
有意义学习可分为三种类型：表征学习、概念学习和命题学习。此外还有发现学习。
1、表征学习
表征学习是学习单个符号或一组符号的意义，或者说学习代表什么。表征学习的主要内容是词汇学习，即学习单词代表什么。
学习的心理机制，是符号和它们所代表的事物或观念在学习者认知结构中建立了相应的关系。例如“狗”这个符号，对初生儿童是完全无意义的，在儿童多次同狗打交道的过程中，儿童的长辈或其他年长儿童多次指着狗（实物）说“狗”，儿童逐渐学会用“狗”（语音）代表他们实际见到的狗。我们说“狗”这个声音符号对某个儿童来说获得了意义，也就是说，“狗”这个声音符号引起的认知内容和实际的狗所引起的认知内容是大致相同的，同为狗的表象。
2、概念学习
有意义学习的另一类较高级的形式叫概念学习。概念学习，实质上是掌握同类事物的共同的关键特征。例如学习“三角形”这一概念，就是掌握三角形有三个角和三条相连接的边这样两个共同的关键特征，而与它的大小、形状、颜色等特征无关，如果“三角形”这个符号对某个学习者来说，已经具有这种一般意义，那么它就成了一个概念，成了代表概念的名词。同类事物的关键特征可以由学习者从大量的同类事物的不同例证中独立发现，这种获得概念的方式叫概念形成。也可以用定义的方式直接向学习者呈现，学习者利用认知结构中原有的有关概念理解新概念，这种获得概念的方式叫概念同化。
3、命题学习
有意义学习的第三种类型是命题学习。命题是以句子的形式表达的，可以分为两类：一类是非概括性命题，只表示两个以上的特殊事物之间的关系，如“北京是中国的首都”。这个句子里的“北京”代表特殊城市，“中国的首都”也是一个特殊对象的名称。这个命题只陈述了一个具体事实。另一类命题表示若干事物或性质之间的关系，这类命题叫概括性陈述，是学习若干概念之间的关系。如“圆的直径是它的半径的两倍”。这里的“圆”、“直径”和“半径”可以代表任何圆及其直径和半径，这里的倍数关系是普遍的关系。在命题学习中也包含了表征学习。如果学生对一个命题中的有关概念没有掌握，他就不可能理解这一命题。命题学习必须以概念学习为前提。
当儿童有意义地学习命题时，所学习的句子与儿童认知结构中已有的观念会建立起联系。奥苏贝尔认为，新学的命题与学生已有命题之间的关系有以下三种类型。
（1）下位关系（又译类属关系）
这是新教材与学生已有观念之间最普遍的一种关系，即新学习的内容类属于学生认知结构中已有的、包摄性较广的观念。
下位关系有两种形式，一种是派生类属，即新的学习内容仅仅是学生已有的、包摄面较广的命题的一个例证，或是能从已有命题中直接派生出来的。例如，儿童已知道“猫会爬树”，那么“邻居家的猫正在爬门前那棵树”这一新命题，就可以类属于已有的命题。
另一种下位关系是相关类属。当新内容扩展、修饰或限定学生已有的命题，并使其精确化时，表现出来的就是相关类属，例如，儿童已知“平行四边形”这一概念的意义，那么，我们可以通过“菱形是四条边一样长的平行四边形”这一命题来界定菱形。在这种情况下，通过对“平行四边形”予以限定，产生了“菱形”这一概念。
（2）上位关系（又译总括关系）
当学生学习一种包摄性较广，可以把一系列已有观念类属于其下的新命题时，新学习的内容便与学生认知结构中已有观念产生了一种上位关系。例如，儿童往往是在熟悉了“胡萝卜”、“豌豆”和“菠菜”这类下位概念之后，再学习“蔬菜”这一上位概念的。
（3）组合关系
当学生有意义地学习与认知结构中已有观念既不产生下位关系，又不产生上位关系的新命题时，就产生了组合意义。许多新命题和新概念的学习，都具有这类意义。
奥苏贝尔认为，学生在各门自然学科、数学、社会学科和人文学科中学习的许多新概念，都可以作为组合学习的例子，例如，质量与能量，热与体积，遗传与变异，需求与价格之间的关系。这类关系的学习，虽然既不类属于学生已掌握的有关观念，也不能总括原有的观念，但它们之间仍然具有某些共同的关键特征。根据这些共同特征，新学习的内容与已有知识的关系是并列组合在一起的，从而产生了一种新的关系——组合关系。
奥苏贝尔对发现学习的解释有些与众不同。他认为，发现学习是指学习内容不是以定论的方式呈现给学生的，而是要求学生在把最终结果并入认知结构之前，先要从事某些心理活动，如对学习内容进行重新排列、重新组织或转换，因此，发现学习可以在前面提及的三种学习类型中发生。这与布鲁纳发现学习的涵义是不同的，布鲁纳的发现学习是要学生通过参与探究活动发现基本的原理或规则，使学生像科学家那样思考问题。除此之外，奥苏贝尔认为，发现学习还涉及其他三种学习类型：运用；问题解决；创造。这三种学习是有层次的。
奥苏贝尔认为，“运用”是指把已知命题直接转换到类似的新情境中去，有点类似于我们通常所讲的“练习”。“问题解决”是学生无法把已知命题直接转换到新情境中去，学生必须通过一些策略，使一系列转换前后有序。学生已有的知识可能是与问题解决办法有关的，但需经过多次转换，而非直接运用或练习所能解决的。“创造”则是指，能把认知结构中各种彼此关系很遥远的观念用来解决新问题，而且，认知结构中哪些命题与该问题有关，事先是不知道的，各种转换的规则，也是不明显的。在奥苏贝尔看来，“创造”的定义是指能产生某种新的产品，或者对学生来说是新的，或者在人类认识意义上来说是新的，都应该被视为创造性行为。当然，只有能产生后一种新产品的人，才能被认为是具有创造性的人。而且，创造性行为本身，应表现出一定的综合水平，即能够把各种要素综合在一起，形成新产品，这种综合水平应超过问题解决中所需要的水平。