Introdução: O domínio de habilidades é essencial para minimizar a ocorrência de complicações relacionadas à atuação de profissionais de saúde na realização de procedimentos. Entretanto, a literatura nos mostra que as habilidades médicas podem ser esquecidas com o passar do tempo, se não praticadas de maneira recorrente; e compreender os mecanismos cognitivos envolvidos no processo de aquisição de habilidades nos leva a entender o porquê desse esquecimento e da queda da proficiência em procedimentos. Neste contexto, o efeito de espaçamento emerge como uma ferramenta importante na aprendizagem e relaciona-se à descoberta de que encontros educacionais espaçados e repetidos resultam em um aprendizado mais eficiente e melhor retenção de aprendizado, quando comparado ao ensino de encontro único. Objetivos: Comparar a retenção de conhecimento de uma habilidade médica complexa a longo prazo nos modelos de aprendizagem em sessões espaçadas em relação a encontro único; e comparar a carga cognitiva entre os participantes durante a sessão de treinamento prático. Hipótese: Espera-se que o efeito espaçamento promova maior retenção de conhecimento a longo prazo na aprendizagem de habilidades médicas. E que o grupo espaçamento estabeleça maior carga cognitiva na sessão de treinamento. Métodos: Residentes médicos foram randomizados em grupos “único” e “espaçamento” e, então, treinados e avaliados quanto à habilidade da punção venosa central guiada por ultrassom em manequim. Os instrumentos utilizados para avaliação no teste de retenção foram um checklist para verificação da habilidade motora e um questionário teórico. Durante as sessões de prática, foi utilizado um óculos de rastreamento ocular e foram analisadas as métricas de contagem de fixações, contagem de revisitações e contagem de permanências com fixação. Resultados: Para a análise da retenção da habilidade (n = 30), a nota no checklist do teste prático e a nota no questionário teórico não apresentaram diferença estatisticamente significativa entre os grupos (p = 0,284 e p = 0,514, respectivamente). Em relação à taxa de reconhecimento da agulha dentro do vaso por técnica de punção, também não foi encontrada significância estatística entre os grupos. Entre os achados secundários, verificou-se que os participantes que realizaram punção guiada por ultrassom na prática clínica real entre o treinamento e o teste de retenção apresentaram melhor desempenho no teste prático, embora sem significância estatística (p = 0,077); também foi encontrado que, de forma geral, quanto maior o número de tentativas, menor o desempenho na punção (rho = −0,657; p < 0,001). Quanto à análise da carga cognitiva (n = 16), não houve diferença estatisticamente significativa entre os grupos em nenhuma das métricas avaliadas. Foi encontrado que, em todas as métricas avaliadas, houve maior contagem de fixação no monitor em relação ao manequim (p < 0,001). Conclusão: Apesar de não termos confirmado a hipótese de que sessões espaçadas permitem melhor retenção de uma habilidade médica complexa a longo prazo, nem a de que o grupo espaçamento demandaria maior carga cognitiva durante o treinamento, os achados sugerem que sessões de treinamento com formato estruturado, feedback individualizado e prática até se atingir suficiência técnica permitem retenção de conhecimento a longo prazo, independentemente do modelo de aprendizagem aplicado. Essa mesma explicação é consistente com a ausência de diferença observada na carga cognitiva entre os grupos. O presente estudo reforça a necessidade de novos estudos que avaliem, de forma direta e comparativa, a retenção de habilidades entre diferentes modalidades de aprendizagem e o impacto da carga cognitiva nas sessões de treinamento.