Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan instrumen tes penalaran sains berbasis testlet pada materi Dinamika Gerak untuk siswa kelas XI SMA fase F serta menganalisis karakteristik instrumen tersebut. Penalaran sains merupakan kompetensi penting dalam pembelajaran fisika, namun ketersediaan instrumen yang mampu mengukur kemampuan ini secara terstruktur dan kontekstual masih terbatas. Penelitian ini menggunakan model pengembangan instrumen yang dimodifikasi dari Djemari Mardapi (2016), meliputi tahap perancangan, uji coba, dan pengukuran. Instrumen disusun berdasarkan enam indikator penalaran sains, yaitu konservasi, proposional, pengontrolan variabel, probabilistik, hipotesis deduktif, dan korelasional. Data yang didapat bersumber dari ahli penilaian, murid kelas XI di SMA Negeri 4 Surakarta, SMA Negeri 8 Surakarta, dan SMA Negeri 3 Boyolali. Uji keterbacaan dilakukan pada tahap awal, dilanjutkan dengan uji coba terhadap 100 siswa di SMA Negeri 4 Surakarta dan pengukuran pada 363 siswa dari tiga SMA di wilayah Karesidenan Surakarta. Analisis data dilakukan menggunakan program Iteman, statistik deskriptif, dan uji-t. Hasil yang ditunjukkan pada bagian pembahasan meliputi a) Tahap perkembangan instrument, b) Karakteristik Instrumen, c) Profil kemampuan penalaran sains. Tahap pengembangan instrumen dilakukan dengan model pengembangan instrument oleh Djemari Mardapi (2016) meliputi perancangan, uji coba, dan pengukuran. Perancangan tes mencakup penetapan tujuan, penyusunan kisi-kisi berdasarkan indikator penalaran sains, dan perakitan soal berbasis konteks dinamika gerak. Selanjutnya penilaian oleh ahli, dilanjutkan dengan uji coba terhadap murid kelas XI untuk mengidentifikasi kualitas butir soal. Analisis dengan Iteman serta SPSS dilakukan dan hasil menunjukkan bahwa 20 butir soal pada paket 1 dan 11 butir soal paket 2 dinyatakan lolos dengan tingkat kesukaran dan daya beda ideal, sedangkan 9 butir soal paket 2 memiliki tingkat kesukaran dan daya beda yang tidak ideal. Karakteristik instrumen tes penalaran sains yang telah dikembangkan, valid dan reliabel dengan nilai Guttman Split-Half Coefficient sebesar 0,670 berdasarkan uji coba pada 100 murid SMA Negeri 4 Surakarta, serta terbukti efektif membedakan kemampuan penalaran sains berdasarkan lokasi sekolah dan pengalaman praktikum melalui analisis statistik deskriptif dan uji-t. Ditemukan perbedaan signifikan berdasarkan lokasi sekolah dan pengalaman praktikum, sedangkan jenis kelamin tidak berpengaruh signifikan. Pada analisis tiap indikator, dilaporkan bahwa kemampuan penalaran siswa masih rendah didukung dengan rendahnya hasil penguasaan pada indikator penalaran ilmiah tingkat lanjut yakni, pada indikator hipotesis deduktif dan induktif, serta indikator dalam mengukur kemampuan berpikir abstrak.