ניסוי מחשבתי (מגרמנית: Gedankenexperiment) הוא ניסוי בכוח המחשבה, שאי אפשר או אין צורך לערוך בפועל. ניסוי כזה יכול להיעשות כדי להסיק מסקנות ממידע קיים, כדי לחפש השערות או כדי להוכיח שההשערות המקובלות סותרות זו את זו או שאינן מובנות כהלכה. ניסויים מחשבתיים משמשים בפיזיקה, בפיזאולוגיה, בענפי מדע נוספים, בפילוסופיה של המחשבה (mind) ובאתיקה.
A thought experiment or Gedankenexperiment (from German) considers some hypothesis, theory, or principle for the purpose of thinking through its consequences. Given the structure of the experiment, it may or may not be possible to actually perform it, and if it can be performed, there need be no intention of any kind to actually perform the experiment in question.