Los medios cognoscitivos en fase de investigación son aquellos que permiten al fiscal y al juez obtener conocimiento sobre los hechos y las circunstancias que rodean un delito, así como sobre la responsabilidad de los presuntos autores o partícipes. Según el Código de Procedimiento Penal colombiano, los medios cognoscitivos en esta etapa pueden ser: elementos materiales probatorios y evidencia física, información, interrogatorio a indiciado, aceptación del imputado y prueba anticipada.

Los elementos materiales probatorios y evidencia física son aquellos objetos, documentos o registros que tienen valor demostrativo y que han sido descubiertos, recogidos y custodiados legalmente por la fiscalía o la policía judicial. La información comprende los informes de investigador de campo y de laboratorio, así como otras fuentes de información legalmente obtenidas que no se ajustan a la definición anterior. El interrogatorio a indiciado es el acto mediante el cual el fiscal o el juez indagan al presunto autor o partícipe de un delito sobre su identidad, su participación y sus circunstancias personales. La aceptación del imputado es la manifestación libre y voluntaria del procesado de reconocer su responsabilidad en el hecho investigado. La prueba anticipada es aquella que se practica antes de la audiencia de juicio oral, cuando existe el riesgo de que no pueda practicarse en dicha etapa.