Указание на процесс мышления как на объект психологического исследования даже при раскрытии основных фаз этого процесса бессодержательно без ответа на вопрос о том, с помощью каких конкретных средств мысль движется к адекватному знанию. Последними являются мыслительные операции: сравнение, посредством которого вскрываются тождество и различия; анализ, или мысленное расчленение объекта; синтез, восстанавливающий расчлененное анализом целое; абстракция и обобщение, с помощью которых выделяются общие признаки, «очищенные» от единичного, случайного; конкретизация, в которой реализуется возврат к полноте индивидуальной специфичности объекта.

С. Л. Рубинштейн отмечает, что здесь речь идет не о рядоположных умственных действиях, а о сторонах основной операции мышления — опосредования. Этим устанавливаются единая природа различных форм основной операции мышления и взаимосвязь с опосредствованностью как структурной характеристикой мысли.

Наиболее выпукло мышление как процесс выступает в ходе решения задач (хотя мышление и не может быть сведено исключительно к их решению). При решении любой задачи необходимо соотнесение условий с требованиями, их анализ через сопоставление друг с другом. Наиболее общая схема решения задачи представляет собой анализ и синтез в их взаимосвязи и взаимозависимости. Отсюда следует, что важнейшим механизмом мыслительного процесса является анализ через синтез. Эта основная форма анализа заключается в том, что «объект в процессе мышления включается во все новые связи и в силу этого выступает во все новых качествах, которые фиксируются в новых понятиях; из объекта, таким образом, как бы вычерпывается все новое содержание, он как бы поворачивается каждый раз другой своей стороной, в нем выявляются все новые свойства».

Поскольку исходные элементы задачи, включаясь в новые связи, выступают в новом качестве, в ходе решения происходит ее неоднократное переформулирование. Последнее — вербальное выражение работы мысли, и в этом еще раз проявляется неразрывная взаимосвязь речи и мышления. В итоге переформулирования одно положение сменяется другим, тем самым открываются новые возможности для решения задачи.