Разработанная Песталоцци теория элементарного умственного образования стала переворотом в дидактике. В этой теории были объединены два противоположных подхода к обучению, сложившихся в педагогике того времени. Первый (рационалистический) основан на ознакомлении детей с миром предметов и явлений только через понятия и термины. Результатом такого обучения была система знаний, отраженная в словах, но не подтвержденная жизненным опытом.
Второй подход (эмпирический), в процессе которого дети знакомились с большим числом предметов и явлений, способствовал накоплению опыта, но не обеспечивал его систематизацию и развитие абстрактного мышления.
Песталоцци излагает свой подход к обучению как движение от созерцания (чувственного восприятия) природы к обобщению полученных впечатлений в «некое единство-понятие», объединяя эмпирический и рациональный аспекты познания.
Теория элементарного умственного образования Песталоцци базируется на идее о необходимости накопления чувственного опыта как первого этапа в обучении ребенка. Простейшими элементами в данном случае являются его первые впечатления об окружающих предметах: «Час рождения ребенка — первый час его обучения». Задача взрослого на этом этапе заключается в организации «созерцания», чувственного восприятия природы и вещей в процессе наблюдений. Обучая ребенка раннего возраста, педагог должен умело подбирать объекты наблюдения и преподносить их в строгой последовательности, которая соответствовала бы последовательности развития сил, заложенных в ребенке. Чувственное восприятие природы педагог называет «единственным истинным фундаментом обучения», «единственной основой человеческого познания».
Вторым этапом в «образовании ума» является уточнение, конкретизация полученных впечатлений. Посредством специально разработанной системы упражнений педагог помогает ребенку выделить общие, основные для всех предметов свойства: число, форму, название, обеспечивая превращение беспорядочных и смутных впечатлений в ясные представления о внешнем мире. Используя упражнения, взрослый планомерно развивает у детей наблюдательность, вырабатывает умение сравнивать предметы, выявлять их общие и отличительные признаки, выяснять, в каких соотношениях они находятся друг с другом, объединять родственные предметы в группы. В результате ребенок овладевает обобщенными понятиями, в этом заключается третий этап умственного образования.
Наряду с созерцанием природы и умственными упражнениями необходимо научить ребенка выражать свои впечатления словами. Песталоцци разработал специальные упражнения для одновременного развития речи и познавательных способностей детей, в процессе которых они учились определять изменения в состоянии предметов, описывать их свойства, качества.