利用問題情景所提供的線索，以及在長期經驗中積累的知識，解決某一問題的思維活動。心理學對問題解決的研究始於19世紀末，但直到20世紀50年代才取得一些引人註目的結果。在早期影響較大的理論有“嘗試錯誤說”和“頓悟說”。隨著認知心理學的興起，主要發展趨勢是從資訊加工的角度解釋問題解決的心理過程。
嘗試錯誤 19世紀末，英國的L.摩根將“嘗試錯誤誤”的概念引進動物心理學，用來解釋動物解決問題的過程。在他的實驗中，狗學會用嘴頂起門閂把門打開，或學會咬住棍子的重心部位把棍子拖走，都要經過多次的“嘗試錯誤”才能成功。美國的E.L.桑代克利用多種迷津進行實驗，也發現動物解決問題是經過多次嘗試才逐漸實現的。例如，讓貓學會按壓杠桿打開籠門取得食物。開始貓的動作是嘗試性質的，直到偶爾碰到那個導致成功的杠桿，這些嘗試性的動作才逐漸消失，成功的動作才鞏固下來。他認為，動物沒有推理能力，其解決問題的行為完全可以用“嘗試錯誤”加以說明。人類在解決某些問題時也往往有“嘗試錯誤”的現象。
頓悟 格式塔心理學認為，要解決問題就得看見問題情境中的各種關系，而這種對關系的理解是突然發生的，所以稱為“頓悟”。W.克勒把一隻黑猩猩關在小屋裡，屋子的天花板上吊著香蕉，屋子的角落放著空箱子。黑猩猩開始在小屋裡走來走去，後來才突然把屋角的箱子移到屋子中間，登上箱子取下香蕉。這說明，黑猩猩對問題情境的關系有瞭突然的理解，即產生瞭頓悟。克勒認為，桑代克看到的動物的“嘗試錯誤”行為，是由於動物看不到整個問題的情境造成的。為瞭證實這種觀點，克勒把一隻狗帶到一個陌生的有一長段柵欄的院子裡，當狗走到柵欄中點時，正對著狗把食物投到柵欄後邊。由於狗看到瞭問題的整個情景，它就不會嘗試從柵欄的空當中擠過去，而是立即繞過柵欄跑向食物所在的地方。格式塔心理學傢認為，人類解決問題的過程也主要是靠頓悟。M.韋特海默曾通過實驗證明頓悟在解幾何題時的作用。
新行為主義的解釋 新行為主義心理學傢認為，解決問題的過程中“嘗試錯誤”和“頓悟”兩種現象都存在，不過這兩個概念隻是描述瞭某些現象，而沒有對它們進行解釋。
新行為主義的代表人物C.L.赫爾認為，在學習過程中能形成有層次的習慣系統，包括輻合習慣系統和發散習慣系統。前者使若幹刺激情境與同一個反應相聯系，後者使某一個刺激情境同若幹個反應相聯系。由於以前在類似情境中所受強化的程度不同，這些反應出現的概率也有差別。碰到一個新問題時，出現哪種反應，以及這些反應出現的順序，都由習慣的層次決定。如果在習慣系統中層次較高的反應不能取得成功，就會依次出現層次較低的反應，直到取得成功為止。這種成功使這一反應受到強化，並在碰到同樣的問題情境時提高出現的概率。這種反應概率的提高不僅限於同樣的問題情境，也會推廣到類似的情境，稱為泛化。
C.E.奧斯古德認為，要對人類解決問題的行為作出解釋，中介性泛化比簡單的刺激泛化更為重要。即泛化的出現不是由於兩個刺激情境的類似，而是由於先前對兩個情境已經建立的共同的中介反應。當個體對一種刺激情境獲得一種新的反應時，這種反應也就與中介反應所構成的刺激建立瞭聯系。因此當另一種情境出現時，通過中介反應，第二種情境就會引出先前對第一種情境作出的反應。
為瞭說明人類解決問題的復雜行為，I.馬爾茨曼提出要把赫爾的習慣系統加以擴充，把發散系統和輻合系統的概念結合起來，形成一種復合習慣系統。在這種復合系統中，某個刺激情境不僅會喚起它自身的系統，而且也會在不同程度上喚起其他刺激情境的習慣系統。馬爾茨曼認為，在再造性思維中，有一系列的問題要求在同一習慣系統中引發不同的反應加以解決。這樣，這一系統在復合系統中就占有優勢。與此相反，在要求創造性思維的情境中，復合系統中原來地位較低的習慣系統必須上升到支配地位才能使問題得到解決。
信息加工理論 1958年由A.紐厄爾、J.C.肖和H.A.西蒙等人提出。該理論把問題解決者視為一個信息加工系統，這個系統由輸入、符號結構存儲過程、信息加工過程和效應器構成。問題解決就是這個系統對信息進行加工的過程。
J.G.格林諾曾對心理實驗常用問題的類型，以及解決這些問題所需要的知識技能進行過詳盡的分析。他認為，可以把這些問題區分為三種主要類型：歸納結構的問題、轉換的問題和排列的問題，以及這三種類型復合的問題。
歸納結構的問題有類比推理和系列延伸。前者如要求判斷“商人，賣；顧客，買”這個類比的正誤；後者如要求對“12834656?”這個系列加以延伸。解決這類問題所要求的是，看出各個組成部分之間的關系，並把這些關系組合成一種模式，而這正是理解所包含的主要過程。
轉換的問題是對一種情境進行操作，把它轉換為作為問題目標的另一種情境。它包括移動問題和變換問題。移動問題如“河內塔”問題，它要求把穿在一根立柱上的一些由大到小的圓盤照原樣移到另一根立柱上，每次隻許移動一個圓盤，可以利用第三根立柱作為過渡，但在移動過程中不允許把大圓盤放在小圓盤的上面。變換問題如對定理的證明，要求從一個或幾個陳述中，根據指定的規則推導出作為定理的另一個陳述。要解決這類轉換問題，就需要采取“手段–目的分析”的策略，用以計劃和選擇所要采取的每個步驟。這要求能夠看出已有情境和目標情境的差異。解決這類問題，理解的過程也非常重要。要解決問題就得建立一個對問題的內在表征，紐厄爾和西蒙把這種表征稱為“問題空間”，它包括對於對象的描述，對於初始情境和目標情境以及對於導致變化的操作的描述。
排列的問題是呈現某些成分，要求把它們組合起來以達到某種標準。如拆拼字謎，呈現的是keroj，要求把這幾個字母重新組合為一個英語單詞。又如密碼算術題，呈現的是一些字母，要求用0～9的數字代進去成為一道答案正確的加法題。解決這類問題一般需要經過大量的嘗試錯誤。這是一種搜索過程，因為問題提供的成分可以有多種排列方式，而能夠作為答案的隻有其中的一種或少數幾種。要進行成功的搜索，首先要求有靈活性，即當一種可能性被證明無效時能立即轉向其他的可能性。其次要能順利提取作為答案的模式，如字謎問題顯然同解決問題者對英語單詞的記憶情況有關。另外，排列問題的特點是有極大的搜索空間，如果解題者知道一些避免對某些可能性進行檢驗的道理，問題的解決就會容易一些。
有些復雜的問題可以認為是上述3種基本類型的復合。如國際象棋是一種復雜的排列，但每走一步都是對這種排列的轉換。解決這類問題所需要的也是進行“手段–目的分析”，找到成分的恰當組合，並且利用一些規則縮小搜索空間。
信息加工理論把解決問題的行為視為信息加工系統（即問題解決者）同作業環境的一種相互作用，問題解決者看待作業環境的方式，就是他以問題空間對情境作出的表征。根據這種看法，西蒙曾提出4條適用於人類解決問題的“定性結構律”：①人類信息加工系統隻有極少數的基本特點，是不隨作業和問題解決者而改變的。信息加工系統是一種有適應力的系統，能隨作業的不同和學習而改變。因此，人類信息加工的心理特點對可能的行為確定粗略的界限，但不決定行為的細節。②信息加工系統把作業環境表征為問題空間，而問題的解決就在這一問題空間進行。③作業環境的結構決定問題空間的可能結構。④問題空間的結構決定解決問題的可能策略。
信息加工系統的基本特點首先是它幾乎完全是以串行的方式而不是以平行的方式進行工作，註意范圍是非常狹窄的。信息加工系統的基本過程以毫秒計的速度進行，這些過程的輸入和輸出保持在一個很小的短時記憶中，其容量隻有4～7個熟悉的符號或組塊。這個系統有個容量極大的長時記憶，把一個新組塊存入這一記憶的速度卻以秒計。
作業環境表明問題的結構。人們要解決問題就得以某種方式把作業環境表征在記憶中，這種表征就是他可以對作業進行工作的問題空間。解決問題的難易，取決於能否把作業環境的關鍵特征在問題空間中表征出來。問題空間由所有合理步驟造成的一組結點構成，一個結點代表一種知識狀態，結點由稱為算子的認知過程連接起來，算子會把一個結點轉化為另一個。紐厄爾和西蒙認為，問題解決就是在問題空間中移動結點，問題解決者會達到或進入不同的知識狀態。例如前述“河內塔”問題，如果有4個圓盤，那麼構成問題空間的各立柱上圓盤的可能排列就有81個結點。而經典的密碼算術題中，字母與數字的可能組合有幾十萬個結點。在解決問題時往往不可能也不需要對所有的可能性都進行檢驗。問題空間是有一定結構的，這就可能從已經搜索的部分的屬性，預測尚待搜索的部分的性質，從而進行有選擇的而不是隨機的搜索。
根據研究，問題解決者的效率取決於兩類主要因素：問題空間的性質和搜索模式。紐厄爾和西蒙在研究中分離出瞭數量有限的幾種搜索模式（也稱為啟發式）：手段–目的分析、反向推導和計劃。
認知心理學進行問題解決的計算機模擬收集經驗數據的方法是口語記錄分析法，即出聲思維的方法。認知心理學還假定，人是一個信息加工系統（又稱“符號操作系統”或“物理符號系統”）。計算機也是一個物理符號系統。將人腦比喻為計算機，就可以從一個已知的系統（計算機是人造出來的）去探討一個不甚清楚的系統（人的神經系統）。這樣就可以用計算機程序來模擬人的思維過程。
紐厄爾和西蒙等人曾根據以上理論編寫出計算機程序“邏輯理論傢”和“通用問題解決者”，模擬人在解決問題時的思維過程，在解決密碼算術題、進行邏輯證明和下國際象棋等不同類型的問題上都取得瞭成功。
知覺和記憶在解決問題中的作用 A.D.德赫羅特等人曾把一個棋局向象棋大師和一般棋手呈現幾秒鐘，要求他們盡可能恢復剛才看到的棋局。如果棋子是按正常棋局擺放的，象棋大師可以把大約有25個棋子的中局恢復出16個棋子，一級棋手平均隻能恢復8個棋子。西蒙等人認為，這說明在象棋大師的記憶中存儲著大量的棋局模式。據估計這種熟習模式可多達5萬個。
實驗室問題解決的研究與實際問題的解決 關於問題解決的研究結果，大多是用實驗室的問題即有明確結構的問題得出的。西蒙認為，解決實際問題的過程同解決實驗室問題的過程基本上是一樣的。他以下棋為例來說明這一觀點：雖然確定誰輸誰贏有明確的標準，但在選擇走每一步時，也並非都能預見到走這一步的最後結果。既然可以根據這些過程編出程序解決下棋的問題，也就沒有理由認為這些過程原則上不能用於其他實際問題。
推薦書目
王猒, 汪安聖. 認知心理學. 北京: 北京大學出版社, 1992.
朱瀅. 實驗心理學. 北京: 北京大學出版社, 2000.
NEWELL A, SIMON H A. Human Problem Solving. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1972.
ESTES W K. Handbook of learning and cognitive processes. Hillsdale, N.J.: L. Erlbaum Associates, 1975–1978.