ของเล่นมอนเตสซอรีเป็นอุปกรณ์การเรียนรู้ที่ออกแบบตามปรัชญาการศึกษาของมาเรีย มอนเตสซอรี นักการศึกษาชาวอิตาลีที่เชื่อว่าเด็กเรียนรู้ได้ดีที่สุดผ่านการสำรวจและค้นพบด้วยตนเอง ของเล่นเหล่านี้มีลักษณะพิเศษคือมุ่งเน้นการพัฒนาทักษะเฉพาะด้าน ส่งเสริมการเรียนรู้แบบมีโครงสร้าง และกระตุ้นให้เด็กได้ใช้ประสาทสัมผัสหลากหลายในการเรียนรู้ ปัจจุบันการศึกษาทางประสาทวิทยาศาสตร์ได้ยืนยันว่าแนวคิดของมอนเตสซอรีสอดคล้องกับกระบวนการพัฒนาสมองของเด็กอย่างเป็นธรรมชาติ ส่งผลให้ของเล่นมอนเตสซอรีได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในการส่งเสริมพัฒนาการสมองของเด็กตั้งแต่วัยทารกจนถึงวัยประถมศึกษา กระตุ้นการเชื่อมโยงเซลล์ประสาทผ่านประสบการณ์หลากหลาย ของเล่นมอนเตสซอรีถูกออกแบบให้กระตุ้นประสาทสัมผัสหลายด้านพร้อมกัน ทั้งการมอง การสัมผัส การได้ยิน และบางครั้งแม้แต่การได้กลิ่นหรือรส การที่เด็กได้ใช้ประสาทสัมผัสหลากหลายในการเล่นช่วยกระตุ้นการสร้างเส้นใยประสาทและการเชื่อมโยงระหว่างเซลล์ประสาท (Synaptic Connections) ในสมอง กระบวนการนี้เรียกว่า “Neuroplasticity” หรือความยืดหยุ่นของระบบประสาท ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญของการเรียนรู้ ยิ่งเด็กได้รับประสบการณ์ที่หลากหลายผ่านการเล่น เส้นทางประสาทในสมองจะยิ่งแข็งแรงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น งานวิจัยพบว่าเด็กที่ได้เล่นกับของเล่นมอนเตสซอรีอย่างสม่ำเสมอมีการพัฒนาของวงจรประสาทที่ซับซ้อนมากกว่าเด็กที่ไม่ได้รับประสบการณ์เหล่านี้ พัฒนาทักษะการคิดเชิงตรรกะและการแก้ปัญหา ของเล่นมอนเตสซอรีหลายชนิด เช่น บล็อกไม้ ชุดเรียงลำดับขนาด