No Ensino por Investigação, o aprendizado se dá por meio da resolução de problemas, o que pode fomentar conflitos cognitivos entre as ideias já existentes e a aquisição de novos conhecimentos pelos estudantes. Nessa abordagem, é frequente o uso de Sequências de Ensino Investigativas (SEIs) que correspondem ao encadeamento de atividades e aulas em que um tema é investigado e, consequentemente, seus conceitos e práticas são trabalhados. Nesse contexto, o presente estudo objetivou discutir as etapas de uma SEI desenvolvida e aplicada por Brito e Fireman (2016) para estudantes do 5º ano do Ensino Fundamental, fundamentando-a no processo de equilibração das estruturas cognitivas, proposto na teoria epistêmica de Jean Piaget. Na SEI avaliada foi possível identificar os processos de equilibração das estruturas cognitivas, bem como sua eficiência na criação de processos mentais, os quais possibilitaram a passagem de um saber espontâneo a um saber conceitual.