Penelitian ini merupakan Penelitian Tindakan Kelas (Classroom ActionResearch). Tujuan dari penelitian adalah meningkatkan kemampuan berpikir kritisdan kognitif siswa melalui penerapan model Problem Based Learning (PBL) padamateri Suhu dan Kalor di kelas X SMA Negeri 1 Ngemplak.Penelitian ini terdiri dari dua siklus dengan setiap siklus terdiri daritahapan: perencanaan, pelaksanaan, observasi, dan refleksi. Subjek penelitian inisebanyak 34 siswa dari kelas X MIA 1 SMA Negeri 1 Ngemplak tahun ajaran 2014/2015. Pengumpulan data melalui tes tertulis, dokumentasi, wawancara danobservasi. Validasi data menggunakan teknik triangulasi metode. Analisis datamenggunakan deskriptif kualitatif.Hasil penelitian menunjukkan bahwa penerapan model PBL dapatmeningkatkan kemampuan berpikir kritis dan kognitif siswa. Kemampuan berpikirkritis siswa pada kegiatan siklus I hanya ada satu indikator yang memenuhi target.Kegiatan pada siklus II dari ketujuh indikator berpikir kritis sudah memenuhi targetsebesar 70%. Penerapan model PBL juga dapat meningkatkan kemampuan kognitifsiswa. Pada kegiatan siklus I presentase ketuntasan kemampuan kognitif sebesar41,18%, dan untuk siklus II sebesar 79,41%.Simpulan penelitian adalah kemampuan berpikir kritis dan kognitif siswameningkat melalui penerapan PBL pada materi Suhu dan Kalor di kelas X SMANegeri 1 Ngemplak tahun ajaran 2014/2015.Kata kunci: Problem Based Learning, berpikir kritis, kemampuan kognitif, suhudan kalor