Un esperimento mentale, o Gedankenexperiment, è un esperimento che non viene realizzato nella pratica, ma solo immaginato. Non vengono effettuate misure e i risultati sono calcolati facendo uso delle teorie fisiche.
Uno degli esperimenti mentali più famosi è quello della nave di Galileo. Il "padre della scienza moderna" propose questo ragionamento: immaginiamo di essere all'interno di una nave in modo da non aver alcun riferimento con l'esterno e supponiamo che la nave sia ferma. Immaginiamo ora di fare delle osservazioni, quali guardare la caduta di una goccia o lanciare una palla a un'altra persona. Ci accorgeremmo che la goccia cade esattamente lungo la verticale e che la palla arriva direttamente all'altra persona. Adesso immaginiamo di essere sul ponte della nave: in questo caso possiamo accorgerci che la nave si sta muovendo. Se provassimo a fare le stesse osservazioni di prima otterremmo gli stessi risultati. Questo esperimento mentale racchiude il principio di relatività galileiana: se svolgiamo esperimenti in sistemi di riferimento diversi, purché in moto, otteniamo i medesimi risultati.
Altri esempi di esperimenti mentali sono il diavoletto di Maxwell, il treno e banchina di Einstein. Sicuramente però, il più famoso resta quello noto come il gatto di Schroedinger, anche se il fisico austriaco non pensò e non scrisse mai un esperimento tanto crudele.
