Misaoni eksperiment (izvorno nem. Gedankenexperiment,[1] Gedanken-Experiment,[2] ili Gedankenerfahrung,[3]) je oblik naučnog istraživanja kojim se razmatra određena hipoteza, teorija ili princip u cilju razmišljanja o njenim/njegovim posledicama. S obzirom na strukturu takvog eksperimenta, možda ne bi bilo moguće izvesti ga, a čak i kad bi bilo, ne mora postojati namera da se on izvede.
Ajnštajn je uveo misaoni eksperiment kao metod koji se koristi u stvaranju fizičkih teorija (mada su postojali misaoni eksperimenti i pre toga)[4]. Koristeći se misaonim pokusima u izvođenju svoje teorje relativiteta koju tada još nije mogao praktično proveriti, on je uspeo da je izgradi u obliku u kojem je poznata danas i prevaziđe mnoge druge teorije koje su imale verifikaciju u realnim eksperimentima.
Metod misaonog eksperimenta sastoji se u misaonoj simulaciji fizičkog procesa u mislima radi boljeg sagledavanja predviđene teorije i njene provere i nadogradnje. Može biti čak i izvor neke ideje i osnova za neku fizičku teoriju ili zakon, što je bio slučaj sa specijalnom relativnosti. Obično se izvodi u situacijama koje je teško u delo spovesti praktično, kao u primeru sa dva voza koji se kreću brzinom približnoj brzini svetlosti u vakuumu, upotrebljen u opisu relativističkog zakona slaganja brzina.