Denken ist die den menschlichen Erkenntnisprozess wesentlich kennzeichnende, aktive, verstandesmäßige und ordnungstiftende Verarbeitung gegebener Informationen, mit dem Ziel, Bedeutungen zu verstehen und Sinnzusammenhänge offen zu legen. Insofern die Berücksichtigung möglichst aller relevanten Informationen für ein adäquates Bedeutungs- und Sinnverstehen notwendig ist, ist neben der Intelligenz auch die Wahrnehmung eine für die Qualität des Denkens entscheidende Voraussetzung.
Zu den Voraussetzungen zählt zugleich auch das wichtigste Mittel des Denkens: die Sprache, mit deren Hilfe Gesetzmäßigkeiten formuliert und Begriffe gebildet werden können, die den Prozess des Denkens nachvollziehbar und seine logische Struktur und Folgerichtigkeit überprüfbar machen. Sprache und schriftliches Protokoll ermöglichen auch in komplexen Fragen an das bereits Gedachte, an die Erfahrung des Denkens anzuknüpfen. Diese Methode des aus der (immer wieder überprüften) Erfahrung schöpfenden und an sie anknüpfenden Denkens ist eine der Grundlagen der Wissenschaft.

Entscheidende Bedeutung kommt dem Denken für das Problemlösen zu. Im Hinblick darauf ist Denken ein heuristischer Prozess, der sich von einer unvollständigen Ausgangs-information mit Hilfe logischer Analyse, analogie- und begriffsbildenden Schließens sowie des Rückgriffs auf gemachte Erfahrungen über die Einsicht in die Struktur des Problems und seiner Teilprobleme in Richtung auf die Problemlösung vollzieht.

Bei dem auf Problemlösen gerichteten Denken können folgende Phasen unterschieden werden:
1. die Präparation (lateinisch für Vorbereitung, hierzu gehören die Identifizierung, d. h. das Erkennen des Problems, und die Differenzierung, d. h. die systematische Aufgliederung seiner Teilstrukturen);
2. eine Inkubation genannte Ruhephase;
3. die Illumination (lateinisch für „Erleuchtung", das sog. Aha-Erlebnis);
4. die Evaluation (lateinisch für Auswertung);
5. die Übertragung und Ausführung.
In der Denkforschung wird zwischen konvergentem und divergentem Denken unterschieden. Ergebnis des divergenten Denkens ist eine Vielfalt verschiedenartiger Lösungen, während das konvergente Denken die eine, richtige Lösung hervorbringt (vgl. Microsoft Encarta Enzyklopädie 2000).

In der (mathematischen) Logik wird beim schlussfolgernden Denken unterschieden:
Deduktives Schließen - vom Allgemeinen auf das Besondere. Aus Vorgegebenem folgt zwingend eine Schlussfolgerung. Deduktion ist damit zwar immer richtig und sicher, bringt aber keine neuen Erkenntnisse. Der reinen Logik steht dabei oft die Umgangssprache („oder"), Nicht-Beachtung von Umkehrschlüssen oder der „Überzeugungseffekt" (positive oder negative Bewertung der Inhalte) im Weg:
Induktives Schließen - vom Besonderen auf das Allgemeine. Unsicher, aber erkenntnisgewinnend (Hypothesenbildung).
Analoges Schließen - von der Übereinstimmung in bestimmten Punkten wird auf Entsprechung/ Ähnlichkeit auch in anderen Punkten bzw. auf die Gleichheit von Verhältnissen geschlossen. Der Schluss ist damit eher unsicher, birgt aber innovatives Denken. „Dem analogen Denken wird in der kognitiven Psychologie große Bedeutung zugemessen, da es in den verschiedensten Bereichen eine zentrale Rolle spielt, z. B. für das Lernen an Beispielen, für effektives Problemlösen und kreatives Denken; nicht zuletzt werden wichtige wissenschaftliche Entdeckungen zurückgeführt auf ‚Denken in Analogien‘ [...]" (Oerter/ Dreher, S. 600). Das Verständnis von relationalen Ähnlichkeiten gehört dabei zu den Grundkategorien menschlicher Erkenntnisfähigkeit, die sich mit zunehmendem Alter immer besser ausbildet; Voraussetzungen dafür sind die Fähigkeit zur Generalisierung, Reihung, Klasseninklusion und das Konstanzverständnis.