概述
形式運算思維的主要特徵就是能夠區分現實性與可能性。例如，在尋求一份兼職工作的時候，青少年可能會考慮他希望乾多少個小時、搭載什麼樣的交通工具去上班、理想的工作類型以及自己能勝任什麼類型的工作。
他們會形成對工作的某種構想，一部分是基於他們的理想，一部分則是基於他們的認知，而當他們得到有關該工作的新信息時他們還會據此修正自己的計畫。
特徵
形式運算階段形式運算思維的一個重要特徵是，它能對事件提出假設並進行解釋，然後形成一個符合邏輯的假說。皮亞傑和美海爾德設計了著名的鐘擺實驗來驗證兒童假設檢驗理論的形成。他要求被試找出是哪個變數或哪些變數聯合作用共同影響了鐘擺的擺動速度，有四個變數分別是鐘擺擺動的高度、鐘擺的重量、擺繩的長度、擺動所受外力的大小。
為了解決這個問題，被試不得不把每一個變數分離出來，在保持其他變數恆定的前提下，只考慮這一變數是否能夠改變鐘擺的擺動速度。結果發現，除了擺繩以外的其他變數都不能改變鐘擺的擺動速度。
處於具體運算階段的青少年不能分離出這四個變數，他們不能在其他變數保持不變的情況下只改變一個變數，經過一、兩次嘗試後他們就都放棄了。比較而言，處於形式運算階段的青少年則能夠從多個變數中分離出一個變數，考慮這一變數在整體中的作用。
特點
第一，青少年能夠同時對超過兩種以上的變數進行處理。例如，他們在做旅行計畫時可以同時考慮到速度、距離和時間之間的關係（Acredolo，Adams，&Schmid，1984)。他們可以從多個角度出發來解釋自己的行為，在其他事情上也能從多個方面進行考慮。
第二，他們也能夠考慮到事情的發展和變化。例如，他們能夠意識到自己和一些朋友的友誼也許不會保持很久。
第三，青少年能夠對可能發生的事件進行邏輯性的假設。例如，他們能夠理性的選擇學校或工作，他們能夠依照他們平時的學業表現及能力判斷什麼樣的學校或職位會接納他們。
第四，他們能夠對自己的行為結果做出適當的損期。例如，當離開學校後，他們適合從事哪些工作。第五，他們有能力査明事物的內部一致性或邏輯聯繫，他們能夠通過尋找支持或反對意見來驗證事物的真實性。當認知對象出現內部矛盾時，他們會對此感到困惑。例如，雖然宣稱在法律面前人人平等，但現實卻是有錢人可以請到更好的律師，獲得更好的辯護和禮遇，甚至有時可以影響到判決的結果。
第六，青少年能夠客觀的分析他們自己、他人及他所處的環境。他們知道社會和他人期望自己做什麼，同時也能認識到在另一種家庭、社區和社會文化背景下，可能對相同的行為有不同的社會規範要求。因此，青少年總是有意識地表現出某種行為或態度，以便使自己在這種社會文化背景下被人們接納。而與此同時，人們通常更容易接納來自不同文化背景下的人，因為他們能夠意識到這個人的行為是另一種社會文化和規範下的產物。
以上這些青少年行為特徵更多反映的是他們行為的一種可能性而非典型性。大部分青少年或年長一點的人在解決日常生活中的問題時，大多會採取一種具體可行的行為方式。然而在條件允許的情況下下，青少年進行信息處理和獲取知識時，也可能會表現出更為抽象化、系統化的思維品質。
因素
形式運算階段首先，青少年早期的個體面臨著一系列角色關係所提出的既相容又矛盾的要求。這些角色關係常是指自己身為兒女、工人、學生、朋友、約會對象、信奉宗教者和公民。他們所承受的最直接的壓力就是多種期望對他們行為的要求。身兼多種角色有利於他們形式運算思維的發展，因為他們必須在決策時考慮到自己的多重身份並進行多方面的權衡。
其次，影響形式運算思維的第二個環境因素是青少年所參加的各種不同性質的團體。隨著兒童年級的不新升高，他們會遇到更多來自於不同家庭和社會背景的同學和朋友。在與這些朋友交往的過程中，他們會認識到自己對未來的預期與這些朋友的可能存在著很多不同之處，並進一步意識到他們當前所保持的價值觀是由自己的家庭及社會背景的影響而形成的。青少年可能會在討論與同伴相關的事物或在戀愛關係形成的過程中使用形式運算技能，因為這些都需要大量的假設和檢驗。
第三，使認知技能加速發展的第三個因素是高中的課程。一些課程像科學、數學和語言可以幫助學生們建立與世界的邏輯性紐帶並幫助他們形成假設檢驗的思維模式。美術和人類學則幫助他們形成自己的世界觀及豐富他們的心理表征。根據加德納的多重智力模型，視覺藝術可以幫助個體空間智慧型和創新精神的發展。中學所創造的更為複雜多樣的學術環境可以使學生形成慨念的技能得到極大的發展，雖然學校生活可以提高個體的形式運算思維能力，但也並不是所有的在校經歷都能同樣有效地促進個體的抽象假設推理能力。
試驗
1、辨別液體實驗
此實驗用以觀察形式運算階段兒童是否能夠考慮一切可能性的組合在被試面前放置5瓶不同的無色透明液體，分別標誌1、2、3、4、5從一瓶或幾瓶中取出少量液體，與從5中取出的少量液體相混合。這5瓶中液體分別是稀硫酸（瓶1）；水（瓶2）；過氧化氫溶液（瓶3）；硫代硫酸鈉（瓶4）；瓶5是碘化鈉溶液。主試向兒童顯示化學演示，讓被試兒童觀看混合後的顏色反應。但不要讓兒童知道混合了哪幾瓶中的液體。演示後讓兒童自己做試驗，判斷那一瓶或哪幾瓶中的液體與瓶5中液體混合能產生特定的顏色（棕色），那一瓶或哪幾瓶中的液體與5瓶中溶體混合不能產生棕色。
正確的答案是瓶1和瓶3的溶液加上5中的溶液形成棕色（生成碘），瓶2的水沒有什麼用處，只是為增加組合的複雜性而增加，瓶4中的液體妨礙棕色形成，或者如果已經形成棕色，它可以還原碘來消除棕色。
這一實驗並不測驗化學知識，只是測驗兒童組合思維的能力。可以發現在兒童做此項試驗，有的亂撞瞎碰，而有的卻在找其中的規律性，大約14、15歲或以上形式運算階段的青少年能按五瓶溶液的順序①②③④⑤進行配合：①+②，①+③，①+④，①+⑤，接著②+③，②+④，②+⑤……去概括，揭示其中的規律，得出正確答案。
2、看不見的磁力
試驗的材料是帶著8個扇形的一塊大的園木板，相對的扇形在顏色相配。在相配的扇形上是數對盒子，其中一對閃著光亮的盒中裝有隱藏在蠟中的磁鐵。被試不知道隱藏中的磁鐵，讓被試解答問題：為什麼中央的金屬條每時每刻總指向同一對盒子而不是指向放置在園面周圍的其餘盒子。為了歸納出金屬條是被磁力所吸引的結論，被試必須做出假設演繹並證實演繹的正確性。假設演繹能力正是形式運算階段兒童的思維的最基本特徵。
3、顏色的組合
實驗出示6堆10個一組的木片，每一堆的顏色不同，要求被試找出顏色沒有重複的任何一對，並窮盡全部可能的組合。指示被試設計一個完整的組合系統。完整地組成15對。算是成功地完成了這個試題。此實驗是研究兒童的推理水平。
4、比例問題
實驗材料包括兩個人物模型，（一個高，一個矮）、園形鈕扣及回形針。讓兒童先用鈕扣分別測高個子和矮個子的身高，例如測得高個子身高是6個鈕扣，矮個身高是4個鈕扣。然後再讓兒童用回形針測量矮個的身高為61回形針，但卻不許用回形針測高個的身高，而要求兒童根據已有的條件算出高個的身高來。
其他還有很多各種試驗題，分別檢測兒童形式運算思維所應具備的各種能力。實驗中特別重視兒童得出某一答案的理由而拘泥於答案的精確性。這些試驗題與話結合即皮亞傑所創造的臨床法。
說明
（1）並非兒童成長到12歲以後就都具備形式運算思維水平，近些年在美國的研究發現，在美國大學生中（一般18-22歲），有約半數或更多的學生，其智力水平或仍處於具體運算階段，或者處於具體運算和形式運算兩個階段之間的過渡埋藏。
（2）15歲以後人的智力還將繼續發展，但總的來說屬於形式運算水平，可以認為，形式運算階段還可分出若干個階段，有待進一步研究。皮亞傑認為智力的發展是受若干因素影響的，與年齡沒有必然的聯繫。所以達到某一具體階段的年齡即使有很大的差異並不構成皮亞傑理論的重大問題。
