形式运算阶段 （12-15 岁）处于皮亚杰所划分的儿童认知发展阶段的第四个 阶段中在此阶段，儿童可以在头脑中将形式和内容分开，可以离开具体事物， 根据假设来进行逻辑推演的思维皮亚杰用现代代数中的群、格等逻辑结构来刻 画形式运算思维皮亚杰认为在青少年期，从具体运算到形式运算之间存在着一个质变在具 体运算思维阶段，儿童习惯于解释具体的客观事物和事件的改变；而在形式运算 思维阶段，儿童习惯于形成并修正自己的想法形式运算思维的主要特征就是能 够区分现实性与可能性例如，在寻求一份兼职工作的时候，青少年可能会考虑 他希望干多少个小时、搭载什么样的交通工具去上班、理想的工作类型以及自己 能胜任什么类型的工作他们会形成对工作的某种设想，一部分是基于他们的理 想，一部分则是基于他们的认知，而当他们得到有关该工作的新信息时他们还会 据此修正自己的计划形式运算思维的一个重要特征是，它能对事件提出假设并进行解释，然后形 成一个符合逻辑的假说皮亚杰和美海尔德设计了著名的钟摆实验来验证儿童假 设检验理论的形成他要求被试找出是哪个变量或哪些变量联合作用共同影响了 钟摆的摆动速度，有四个变量分别是钟摆摆动的高度、钟摆的重量、摆绳的长度、 摆动所受外力的大小。
为了解决这个问题，被试不得不把每一个变量分离出来， 在保持其他变量恒定的前提下，只考虑这一变量是否能够改变钟摆的摆动速度 结果发现，除了摆绳以外的其他变量都不能改变钟摆的摆动速度处于具体运算 阶段的青少年不能分离出这四个变量，他们不能在其他变量保持不变的情况下只 改变一个变量，经过一、两次尝试后他们就都放弃了比较而言，处于形式运算 阶段的青少年则能够从多个变量中分离出一个变量，考虑这一变量在整体中的作 用在形式运算阶段，个体会出现 6 种概括性特点，每一种都对青少年如何解决 人际关系问题、如何制定个人的计划和目标，以及如何进行数据处理和科研推理 起着一定的影响作用1．青少年能够同时对超过两种以上的变量进行处理例如，他们在做旅行 计划时可以同时考虑到速度、距离和时间之间的关系他们可以从多个角度出发 来解释自己的行为，在其他事情上也能从多个方面进行考虑2．他们也能够考虑到事情的发展和变化例如，他们能够意识到自己和一 些朋友的友谊也许不会保持很久3．青少年能够对可能发生的事件进行逻辑性的假设例如，他们能够理性 的选择学校或工作，他们能够依照他们平时的学业表现及能力判断什么样的学校 或职位会接纳他们。
4．他们能够对自己的行为结果做出适当的损期例如，当离开学校后，他 们适合从事哪些工作5．他们有能力査明事物的内部一致性或逻辑联系，他们能够通过寻找支持 或反对意见来验证事物的真实性当认知对象出现内部矛盾时，他们会对此感到 困惑例如，虽然宣称在法律面前人人平等，但现实却是有钱人可以请到更好的 律师，获得更好的辩护和礼遇，甚至有时可以影响到判决的结果6．青少年能够客观的分析他们自己、他人及他所处的环境他们知道社会 和他人期望自己做什么，同时也能认识到在另一种家庭、社区和社会文化背景下， 可能对相同的行为有不同的社会规范要求因此，青少年总是有意识地表现出某 种行为或态度，以便使自己在这种社会文化背景下被人们接纳而与此同时，人 们通常更容易接纳来自不同文化背景下的人，因为他们能够意识到这个人的行为 是另一种社会文化和规范下的产物形式运算主要在以下几方面与具体运算存在区别1. 对抽象事物的推理儿童此时能对他们以前从未亲身经历的事物进行推理 思维不再仅限于实际事物，而是能处理纯假设的和抽象概念因此，他们能够考 虑包括他们自己在内的将来，考虑各种可能性，并相应地计划2. 应用逻辑演绎推理现在成为可能，儿童能够根据一般的前提，沿着“如 果——那么”的思路，推断出后果。
这就意味着，除了别的方面之外，他们能够 在科学理解上取得飞速进步，因为科学充满了演绛命题，具体的观察都是从一般 的理论演绎出来的这样，儿童就能开始理解，预见将来某一时刻发生的事情是 可能的，因为它是从一个基本的理论论述中得出的必然比如，一个星星的发现 不是靠随意地观察天空，而是根据数学推算它应该存在天空的某一个位置而进行 的探索3. 高级解决问题的能力皮亚杰证明青少年时期在这方面取得的进步的实验 具体做法是他给他的参与者设定了各种任务，主要是物理或化学方面的，然后注 意他们是怎样解决问题的比如，他让他们去发现钟摆是如何运动的，他给他们 各种重量的物体和各种长度的绳子，以便于看他们能否解决出一个方案后面的指 导原则跟处于智力具体运算阶段的儿童不同，那些具备了形式运算能力的儿童 能够系统地工作，能够每次变换这些诸如重量，高度和力量的因素，这样就以有 组织的、协调的方式建立起了一个加工过程他们处理问题的策略也不同于具体 运算阶段的儿童：处于形式运算阶段的儿童不再进行偶然随意的尝试错误的试验， 而是先进行假设，从头脑中推算出不同的结果，这样在他们试验之前就已经掌握 了各种各样的可能的解决方式也就是说，这些青少年在他们的最佳状态能够采 取一种假设——推理的手段来解决问题。
形式运算阶段是儿童在越过了前三个阶段之后，能够达到的最高水平，思考 在此时变得理性、系统化和抽象，尽管到了成年之后，还有进一步的发展，但那 主要是在知识的广度方面，而不是其思维的本质之上增强形式运算思维的环境因素1.青少年早期的个体面临着一系列角色关系所提出的既相容又矛盾的要求 这些角色关系常是指自己身为儿女、工人、学生、朋友、约会对象、信奉宗教者 和公民他们所承受的最直接的压力就是多种期望对他们行为的要求身兼多种 角色有利于他们形式运算思维的发展，因为他们必须在决策时考虑到自己的多重身份并进行多方面的权衡2.影响形式运算思维的第二个环境因素是青少年所参加的各种不同性质的 团体随着儿童年级的不新升高，他们会遇到更多来自于不同家庭和社会背景的 同学和朋友在与这些朋友交往的过程中，他们会认识到自己对未来的预期与这 些朋友的可能存在着很多不同之处，并进一步意识到他们当前所保持的价值观是 由自己的家庭及社会背景的影响而形成的青少年可能会在讨论与同伴相关的事 物或在恋爱关系形成的过程中使用形式运算技能，因为这些都需要大量的假设和 检验第三，使认知技能加速发展的第三个因素是高中的课程一些课程像科学、 数学和语言可以帮助学生们建立与世界的逻辑性纽带并帮助他们形成假设检验 的思维模式。
美术和人类学则帮助他们形成自己的世界观及丰富他们的心理表征 根据加德纳的多重智力模型，视觉艺术可以帮助个体空间智能和创新精神的发展 中学所创造的更为复杂多样的学术环境可以使学生形成慨念的技能得到极大的 发展，虽然学校生活可以提高个体的形式运算思维能力，但也并不是所有的在校 经历都能同样有效地促进个体的抽象假设推理能力。