形式运算阶段。这个阶段儿童的思维有了一般的逻辑结构，他们的思维能力已经超过感知具体事物，能够摆脱事物的具体内容而遵循某种“形式”进行思维。儿童能进行演绎推理，对事物的不同特征进行分析。他们在解答问题时可以作出各种假设，并验证这些假设，直到找到正确答案为止。他们的思维特点是，可以对所掌握的资料进行系统分析，进行科学实验，从而发现规律。儿童能发现某些不能被经验所验证的原理。例如，“一个球体在平面上运动，当遇到阻力（摩擦力、空气阻力等），球必然停止”。对这样一个命题（命题就是一种判断），儿童可以进行如下的推理：“如果没有任何阻力（摩擦力、空气阻力等），球体会永远运动下去。”
这阶段儿童可以进行一系列的运算：①系统分析运算。如钟摆实验。一个钟摆具有摆绳的长度、重量和推动摆的力量等几个因素。一般人认为重量或推动力会影响摆的速度。通过实验儿童能发现绳的长度与摆的速度成反比。②组合运算。如液体的组合实验。5瓶液体（无色），其中有3瓶混合可以产生褐色，1瓶是中性的，1瓶是可以退色的。儿童可以按照排列组合方式，从种种可能的结合中，找这3瓶可以产生某种颜色的液体。③比例运算。如天平实验。解决天平臂长与重量之间的关系。
这一阶段的思维有以下重要特征：①假设—演绎思维。假设—演绎思维指不仅从逻辑上考虑现实的情境，而且考虑可能的情境（假设的情境）进行思维。例如，“如果这是第9教室，那么它就是4年级。这不是第9教室，这是4年级吗？”回答这样的问题需要假设—演绎思维。有人请小学生以“是”、“不是”或“线索不充分”来回答这个问题。多数小学生回答“不是”，但正确答案应是“线索不充分”。②抽象思维。抽象思维指运用符号的思维，也称命题思维。例如，中学代数学习就需要抽象逻辑思维。中学生已具有抽象逻辑思维能力，他们能解决如“(a十b)2=a2十2ab十b2”这样的代数问题。③系统思维。系统思维指儿童在解决问题时，能分离出所有有关的变量和这些变量的组合，例如，问儿童：决定钟摆的摆动速度的因素是什么？这里涉及摆的长度、摆锤的重量、推动摆锤的外力和摆锤离中心线升起的高度。前运算儿童不能系统操纵某变量，同时控制其他变量去解决问题。只有形式运算阶段的儿童能通过系统探索，解决这个问题。
