Mental representation är inom kognitionsvetenskapen modeller eller strukturer för inre bilder av yttre händelser och situationer, det vill säga mental avbildning av världen.
Mentala representationer är bilder, idéer, koncept och principer som vi skapar och kan manipulera i form av språk, tankar, resonerande och problemlösning. Mental representation är en perceptuell upplevelse som äger rum utan inverkan av något externt stimuli[1] och innebär detaljrika, verklighetstrogna föreställningar som vi kan framkalla för vår inre syn. Mentala bilder uppstår såväl i våra drömmar när vi sover, som i vaket tillstånd när vi dagdrömmer, minns hur något har sett ut, eller tänker på hur något skulle kunna se ut. Bilderna vi ser i vaket tillstånd kan vi manipulera och ändra utifrån våra behov eller för att undersöka alternativa lösningar på ett problem eller en situation. Vi använder även mentala bilder för att träna på en färdighet, något som är särskilt vanligt hos idrottare. Mentala representationer består oftast av visuella bilder men kan även bestå av lukter, ljud och smaker.
Representationerna grundar sig vanligtvis på perceptuella intryck vi plockar fram ur minnet, men den mänskliga hjärnan har även förmågan att manipulera föremål och situationer i tanken och därav bilda representationer av objekt eller situationer som vi ännu inte sett eller som inte existerar i verkligheten. Mental representation är därför en viktig komponent när det kommer till kognitiva övningar såsom problemlösning då vi kan ställa hypoteser genom att i tanken föreställa oss utfallet i tanken innan vi testar det i praktiken.