Eksperimen pikiran atau gedankenexperiment (dari bahasa Jerman) adalah eksperimen yang dibayangkan untuk menyelidiki sesuatu. Eksperimen pikiran dapat atau tidak dapat dilakukan (tergantung pada kemungkinan praktis dan teknis). Eksperimen pikiran biasanya dirumuskan untuk menggambarkan argumen filosofis.
Contoh eksperimen pikiran yang terkenal adalah kucing Schrödinger dan setan Maxwell.