В 1964 году Сергей Маслов опубликовал работу «Обратный метод установления выводимости в классическом исчислении предикатов», где впервые был предложен метод автоматического поиска доказательства теорем на основе исчисления предикатов.
В 1965 году в Стэнфордском университете создана экспертная система Dendral, предназначенная для определения молекулярной структуры неизвестного органического соединения, использовавшая эвристические знания и достигшая уровня эксперта в данной области.
С 1965 года начинает разрабатываться теория нечётких множеств. В 1965 году Лофти Заде в работе «Нечеткие множества» изложил основы математического аппарата теории нечётких множеств и в 1969 году представил её развитие в работе «Нечёткие алгоритмы».
В 1966 году Валентин Турчин разработал язык программирования Рефал, предназначенный для символьных вычислений (алгебраические преобразования); переводов с одного искусственного или естественного языка на другой; решения задач искусственного интеллекта.
В 196869 гг. психолог Росс Квиллиан ввёл понятие семантических сетей для моделирования структуры долговременной памяти человека. В дальнейшем семантические сети стали одним из наиболее популярных способов представления знаний, особенно в системах машинного перевода.
В 1969 году Марвин Минский опубликовал формальное доказательство ограниченности перцептрона и показал его неспособность решать задачи с инвариантностью представлений. Результатом этого стало резкое снижение интереса исследователей проблем ИИ к нейронным сетям.
В начале 1970-х и далее активно разрабатывается теория эволюционных алгоритмов, предназначенных для математического описания процессов естественного отбора в популяциях путём моделирования процессов мутации в живых организмах (Инго Рехенберг: «Эволюционные стратегии оптимизация технических систем по принципам биологической информации», 1973; Джон Холланд: «Адаптация в естественных и искусственных системах», 1975).
В 1972 году группой сотрудников Марсельского университета во главе с Аленом Колмероэ был разработан PROLOG язык логического программирования, основанный на исчислении предикатов, используемый для описания данных и логики их обработки. Программа на Прологе не содержит обычных для большинства языков программирования управляющих конструкций: условных операторов и операторов цикла, но позволяет описать модель фрагмента исследуемой предметной области на основе применяемых в ней терминов.
В 1972 году Теуво Кохонен и Джеймс Андерсон независимо друг от друга предлагают новый тип нейронных сетей.
В 1973 Лофти Заде предложил теорию мягких вычислений, а также теорию вербальных вычислений и представлений.
В начале-середине 1970-х гг. в Стенфордском университете разработана медицинская экспертная система MYCIN, предназначенная для диагностирования бактерий, вызывающих бактериемию и менингит, а также предлагавшая рекомендации о необходимом составе и количестве антибиотиков для их лечения в зависимости от веса больного. Особенностью системы была реализация методов формирования выводов и принятия решений в условиях неопределённости на базе ненадежной и недостаточной информации. Процесс разработки занял около 6 лет, а базовым инструментом был язык программирования Lisp.
В 1974 году Пол Вербос и Александр Галушкин независимо разрабатывают алгоритм обратного распространения ошибки для обучения многослойных перцептронов.
В 1975 Марвин Минский в работе «Фреймы для представления знаний» изложил теорию фреймов, которая часто используется как механизм для представления знаний в компьютерных системах.
В 1977 году Эбрахим Мамдани разработал алгоритмы применения нечёткой логики в приближенном рассуждении на основе методов лингвистического синтеза.
В начале 1970-х середине 1980-х начинают массово создаваться коммерческие экспертные систем как инструмент поддержки принятия решений в самых разных сферах человеческой деятельности.
В 19741983 гг. Стенфордским исследовательским институтом разработана экспертная система PROSPECTOR, предназначенная для консультирования геологов по вопросам оценки геологических ресурсов региона и конкретной местности на предмет возможности наличия полезных ископаемых, а также выработки рекомендаций относительно выбора мест для бурения.
1980-е и 1990-е годы характеризовались охлаждением интереса к исследованиям в области ИИ из-за резкого несоответствия возможностей реальных разработок и возлагаемыми на них при начале проектирования надеждами. Оказалось, что на существующем уровне понимания процессов интеллектуальной деятельности адекватно воссоздать человеческий интеллект невозможно.