Pensa eksperimento[1] aŭ penseksperimento (PIV) estas eksperimento, provanta testi hipotezon aŭ teorion, farita en nura imago. Ĉi metodon uzis Galilejo kaj Ernst Mach.
Famaj estas la penseksperimentoj titolitaj: la Kaverno de Platono, la Paradokso de Aĥilo, la Ŝipo de Galilejo, la Kato de Schrödinger la Teoremo de Bell kaj la Demono de Maxwell.
La fundamenta procedo de tiu metodo estas sin demandi "kio okazus, se...?".
Penseksperimentoj ebligas solvi paradoksojn, kaj, foje, kondukas al novaj teorioj, kiel la fizika relativeco.