思考实验是指：使用想像力去进行的实验，所做的都是在现实中无法做到（或现实未做到）的实验。例如爱因斯坦有关相对运动的著名思想实验，又例如在爱因斯坦和英费尔德合著的科普读物《物理学的进化》中，就有一个实验要求读者想像一个平滑，无摩擦力的地面及球体进行实验，但这在现实（或暂时）是做不到的。思考实验需求的是想像力，而不是感官。在物理学里，思考实验是很有用的理论工具：亚里士多德称越重的物体下落越快，那么我们来考虑这样一个实验：一重一轻两个球，用绳子连接起来，一起下落。一方面，轻的球下落速度慢，重的球下落速度快，在绳子的牵引下整体速度将会介于两者分别下落的速度之间。另一方面，将两个球作为一个整体考察，其质量比任意一个单球都要重，因此下落速度比任意一个球单独下落速度都要快。于是得出矛盾。有传说称伽利略在比萨斜塔上亲自做过这个实验，实际上这仅仅是一个思想实验，并没有付诸行动。关于哲学的思考试验包括伦理学和认知论的辩驳。一个由图灵提出的关于判断机器是否能够思考的著名试验。 如果一个人（代号C）使用测试对象皆理解的语言去询问两个他不能看见的对象任意一串问题。对象为：一个是正常思维的人（代号B）、一个是机器（代号A）。如果经过若干询问以后，C不能得出实质的区别来分辨A与B的不同，则此机器A通过图灵试验。