ในการใช้โดยทั่วไปที่สุดนั้น การทดลองทางความคิดเป็นกระบวนการของการใช้สถานการณ์เชิงจินตภาพ เพื่อช่วยให้เราเข้าใจวิถีทางที่สิ่งต่าง ๆ เป็น (หรือ ในกรณี "แผนการ" ของ Herman Kahn คือ ช่วยให้เราเข้าใจบางสิ่งในอนาคต) ความเข้าใจเหล่านั้นล้วยนมาจากผลสะท้อนของสถานการณ์จินตภาพนี้ การทดลองทางความคิดเป็น a priori มากกว่ากระบวนการ เชิงประจักษ์ โดยการทดลองถูกทำขึ้นในจินตนาการ (นั่นคือ "ห้องปฏิบัติการทดลองของความคิด" ของ Brown (1993)) และยังไม่เคยทำขึ้นจริง ๆ

การทดลองทางความคิด อันเป็นคำถามเชิงสมมติฐานที่ได้รับการนิยามและวางโครงสร้างอย่างดี โดยใช้การให้เหตุผล แบบเงื่อนไข (irrealis moods) -- "จะเกิดอะไรขึ้น (หรือ จะมีอะไรเกิดขึ้นแล้ว) ถ้า . . . " -- ได้ถูกใช้เพื่อตั้งคำถามในปรัชญามาอย่างน้อยตั้งแต่สมัยกรีกช่วงยุดก่อน โสกราตีส (ดู Rescher) ในฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์อื่น ๆ นั้น การทดลองทางความคิดที่มีชื่อเสียงเกิดขึ้นในคริสตวรรษที่ 19 และโดยเฉพาะในคริสตวรรษที่ 20 แต่ตัวอย่างของการทดลองทางความคิดนั้นพบได้ตั้งแต่อย่างน้อยในยุคของ กาลิเลโอ

การทดลองทางความคิดได้ถูกใช้ใน ปรัชญา, ฟิสิกส์ และสาขาอื่น ๆ (เช่น cognitive psychology, ประวัติศาสตร์, political science, เศรษฐศาสตร์, จิตวิทยาสังคม, กฎหมาย, organizational studies, การตลาด และ ระบาดวิทยา) ในกฎหมาย คำพ้องความหมายว่า "hypothetical (เชิงสมมติฐาน)" ถูกใช้บ่อย ๆ สำหรับการทดลองต่าง ๆ

นักวิทยาศาสตร์มักใช้การทดลองทางความคิดในรูปของการทดลอง "เป็นตัวแทน" และเป็นจินตภาพซึ่งพวกเขาสร้างขึ้นก่อนที่จะมีการทดลอง "เชิงกายภาพ" จริง (Ernst Mach กล่าวเสมอว่า gedankenexperiments เหล่านี้เป็น "เงื่อนไขแรกเริ่มที่จำเป็นสำหรับการทดลองเชิงกายภาพ") แม้กระทั่งทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์หลายคนโต้ว่าการทดลองเชิงกายภาพเป็นเพียงการทดลองทางความคิดแท้ ๆ เท่านั้น ในกรณีเหล่านั้น ผลของการทดลอง "ตัวแทน" มักจะออกมาชัดเจนจนไม่จำเป็นต้องทำการทดลองเชิงกายภาพเลยแม้แต่น้อย

นักวิทยาศาสตร์ยังใช้การทดลองทางความคิดเมื่อการทดลองเชิงกายภาพในทางปฏิบัตินั้นเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างขึ้น (Carl Gustav Hempel เรียกการทดลองประเภทนี้ว่า "การทดลองในจินตนาการเชิงทฤษฎี") เช่น การทดลองทางความคิดโดยไล่ตามลำแสงของ ไอน์สไตน์ ซึ่งนำไปสู่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ นี่เป็นการใช้การทดลองทางความคิดเชิงวิทยาศาสตร์ที่เป็นพิเศษ ซึ่งไม่สามารถทำขึ้นจริงได้ แต่นำไปสู่ทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จ โดยได้รับการพิสูจน์จากวิธีเชิงประจักษ์อื่น ๆ

หากไม่คำนึงถึงเป้าหมายที่ตั้งไว้จำเพาะแล้ว การทดลองทางความคิดทั้งหมดล้วนแสดงวิธีการคิดที่เป็นรูปแบบ ซึ่งถูกวางแผนเพื่อให้เราได้อธิบาย ทำนายและควบคุมเหตุการณ์ในทางที่ดีกว่าและมีประโยชน์มากกว่า

ผลทางทฤษฎีของการทดลองทางความคิด

ในเทอมของผลทางทฤษฎีแล้ว การทดลองความคิดนั้น:

• ท้าทาย (หรือแม้กระทั่งลบล้าง) ทฤษฎีที่มีมาก่อนซึ่งมักเกี่ยวข้องกับเครื่องมือที่รู้จักในชื่อ reductio ad absurdum,
• สนับสนุนทฤษฎีที่มีมาก่อน
• ตั้งทฤษฏีขึ้นใหม่ หรือ
• ลบล้างทฤษฎีที่มีมาก่อนและตั้งทฤษฎีใหม่พร้อม ๆ กันผ่านกระบวนการของการกีดกันร่วม

การประยุกต์ในเชิงปฏิบัติของการทดลองทางความคิด

การทดลองทางความคิดมักแนะนำมุมมองใหม่ที่น่าสนใจ สำคัญและมีค่า ที่มีต่อปริศนาและคำถามเก่า ๆ แม้ว่ามันอาจจะทำให้คำถามเก่าไม่สัมพันธ์กัน ยิ่งกว่านั้นมันยังอาจสร้างคำถามใหม่ ๆ ที่ไม่ง่ายที่จะตอบนัก

ในเทอมของการประยุกต์ในเชิงปฏิบัติ การทดลองทางความคิดถูกสร้างขึ้นโดยทั่วไปเพื่อ:

• ท้าทาย status quo ที่มีมาก่อน (ซึ่งรวมทั้งกิจกรรมต่าง ๆ เช่น การแก้ไข การให้ข้อมูลผิด ๆ (หรือ การเข้าใจผิด), ชี้ให้เห็นข้อบกเพร่องในข้อโต้แย้งที่ปรากฏ, เพื่อรักษา (ในระยะยาว) ข้อเท็จจริงที่ตั้งขึ้นอย่างเป็นกลาง, และเพื่อลบล้างการยืนยันเฉพาะอย่างที่มีบางสิ่งยอมรับได้ ถูกห้าม ถูกรู้ ถูกเชื่อ เป็นไปได้ หรือจำเป็น)
• ขยายผล นอกเหนือ (หรือ แทรก ภายใน) ขอบเขตของข้อเท็จจริงที่ได้ตั้งขึ้นแล้ว
• ทำนาย และ พยากรณ์ อนาคตที่ไม่อาจรู้ได้หรือไม่อาจนิยามได้ (หรืออย่างอื่น)
• อธิบายอดีต
• retrodiction, postdiction และ postcasting ของอดีตที่ไม่อาจรู้ได้หรือไม่อาจนิยามได้ (หรืออย่างอื่น)
• เร่งการตัดสินใจ การเลือกตัวเลือกและแผนการ
• แก้ปัญหาและสร้างแนวคิด
• ย้ายปัญหาปัจจุบัน (ซึ่งมักไม่สามารถแก้ได้) ไปเป็นปัญหาอื่นที่มีประโยชน์และเป็นผลมากกว่า (กล่าวคือ ดูที่ functional fixedness)
• การเป็นสาเหตุของคุณลักษณะ, การขัดขวาง, การตำหนิ และความรับผิดชอบสำหรับผลลัพธ์หนึ่ง ๆ
• ประเมิน ความน่าตำหนิ และ ความเสียหายโดยเฉพาะ ในบริบทของสังคมและกฎหมาย
• ทำให้แน่ใจโดยการทำซ้ำความสำเร็จในอดีต หรือ
• ทำการเพิ่มเติมส่วนที่เหตุการณ์ในอดีตอาจเกิดขึ้นต่างออกไป
• ทำให้แน่ใจเพื่อหลีกเลียงความผิดพลาดในอดีต (ซึ่งอาจเกิดขึ้นในอนาคต)