Развиваются такие операции, как классификация, аналогия, обобщение и другие. При одиннадцатилетнем обучении скачок в овладении этими умственными операциями наблюдается при переходе из VIII в IX класс. Устойчиво проявляется рефлексивный характер мышления: дети анализируют операции, которые они производят, способы решения задач.

В исследованиях Ж. Пиаже прослеживается процесс решения подростками сложных познавательных задач. В одном из экспериментов дети получали 5 сосудов с бесцветными жидкостями, им следовало найти такую комбинацию жидкостей, которая дает желтую окраску. Подростки не действовали методом проб и ошибок, как младшие школьники, смешивавшие растворы в случайном порядке. Они рассчитывали возможные комбинации смешения жидкостей, выдвигали гипотезы о возможных результатах и планомерно их проверяли. Проведя практическую проверку своих предположений, они получали результат, который был заранее логически обоснован.

Особенности теоретического рефлексивного мышления позволяют подросткам анализировать абстрактные идеи, искать ошибки и логические противоречия в суждениях. Без высокого уровня развития интеллекта был бы невозможен характерный для этого возраста интерес к абстрактным философским, религиозным, политическим и прочим проблемам. Подростки рассуждают об идеалах, о будущем, иногда создают собственные теории, приобретают новый, более глубокий и обобщенный взгляд на мир. Становление основ мировоззрения, начинающееся в этот период, тесно связано с интеллектуальным развитием.

Подросток приобретает взрослую логику мышления. В это же время происходит дальнейшая интеллектуализация таких психических функций, как восприятие и память. Этот процесс зависит от усложняющегося в средних классах обучения. На уроках геометрии и черчения развивается восприятие; появляются умения видеть сечения объемных фигур, читать чертеж и т.д. Для развития памяти важно то, что усложнение и значительное увеличение объема изучаемого материала приводит к окончательному отказу от дословного заучивания с помощью повторений. В процессе понимания дети трансформируют текст и, запоминая его, воспроизводят основной смысл прочитанного. Активно осваиваются мнемонические приемы; если же они были сформированы в начальной школе, теперь автоматизируются, становятся стилем деятельности учеников.