Penelitian ini bertujuan (1) mendeskripsikan karakteristik modul IPA Terpaduberbasis PBL dengan penekanan bepikir kritis pada tema polusi udara untukmeningkatkan hasil belajar; (2) menguji kelayakan modul IPA Terpadu berbasis PBLdengan penekanan bepikir kritis pada tema polusi udara untuk meningkatkan hasilbelajar; (3) menguji keefektifan modul IPA Terpadu berbasis PBL dengan penekananbepikir kritis pada tema polusi udara untuk meningkatkan hasil belajar.Penelitian ini mengacu pada model pengembangan 4D oleh Thiagarajan yangterdiri dari 4 tahap: 1) tahap pendefinisian, 2) tahap perancangan, 3) tahappengembangan, dan 4) tahap penyebaran. Subyek pengembangan untuk kelayakanmodul divalidasi oleh ahli media, ahli materi, ahli bahasa dan guru IPA (praktisi).Pengumpulan data dilakukan dengan angket, lembar observasi, dan wawancara. Jenisdata yang diperoleh adalah data kualitatif dan data kuantitatif. Data kualitatif adalahdata tentang hasil observasi, wawancara, serta saran saat validasi dan ujicoba produkterhadap kelayakan modul IPA Terpadu berbasis PBL hasil pengembangan. Sedangkandata kuantitatif diperoleh dari penilaian hasil validasi modul, penilaian angket padaujicoba terbatas, ujicoba skala besar, angket penyebaran, dan hasil belajar.Hasil penelitian ini adalah: (1) karakteristik modul IPA terpadu berbasis PBLdengan penekanan berpikir kritis pada tema polusi udara adalah modul pembelajaranIPA terpadu dengan penggunaan tema kondisi lingkungan yang memayungi beberapamateri IPA yang terkait, dengan menerapkan model pembelajaran PBL dalampenyampaian materi tersebut, serta diperkuat dengan aspek keterampilan berpikir kritispada setiap kegiatan PBL dalam modul, (2) kelayakan modul dinilai oleh validator ahlimedia, bahasa, dan materi serta melibatkan 2 praktisi, dan 10 siswa dalam uji skalakecil. Penilaian yang diberikan ahli dan praktisi berupa angket dalam bentuk penilaianberskala dan kesimpulan penilaian dalam kategoi sangat baik yang berarti layak,sedangkan 10 siswa memberikan penilaian melalui jawaban siswa terhadap kegiatandalam modul dan respon dalam bentuk angket, dengan hasil jawaban cukup atau sesuaidengan alat ukur jawaban (kunci jawaban) dan respon siswa sangat baik yang berartilayak, (3) modul efektif untuk digunakan dalam pembelajaran IPA dengan memberikanpengaruh positif terhadap hasil belajar IPA sesuai penilaian gain score 0,35 untukkognitif, 0,5 untuk afektif, dan 0,45 untuk psikomotor, dengan N-gain ternormalisasisedang dan penilaian terhadap jawaban siswa pada setiap kegiatan dalam modul sertarespon siswa dalam penilaian angket kategori sangat baik.Kata Kunci: Modul, IPA Terpadu, Problem Based Learning, Berpikir kritis.