Pembelajaran Fisika yang di terapkan di SMA Warga Surakarta belum mengarahkan siswa pada pembelajaran berbasis keterampilan proses dan cenderung teacher centered. Tujuan penelitian ini untuk: 1) mengetahui karakteristik modul elektronik pembelajaran fisika berbasis keterampilan proses sains, 2) menghasilkan modul elektronik Fisika berbasis keterampilan proses sains yang memenuhi kriteria baik, 3) mengetahui bahwa implementasi modul elektronik Fisika berbasis keterampilan proses sains dapat meningkatkan kemampuan berfikir kritis siswa, 4) mengetahui bahwa implementasi modul elektronik Fisika berbasis keterampilan proses sains dapat meningkatkan motivasi belajar siswa.Metode penelitian dan pengembangan menggunakan Research and Development (R&D), model penelitian dan pengembangan menggunakan 4D Thiagarajan dengan tahap: define, design, develop, dan disseminate. Instrumen yang digunakan adalah angket, lembar validasi, lembar observasi dan soal pretest dan post test. Analisis hasil angket, kelayakan dan hasil observasi dianalisis dengan diskriptif kualitatif berdasarkan skor kriteria. Kemampuan berfikir kritis dan motivasi belajar dianalisis menggunakan program SPSS uji parametrik sampel berpasangan dan uji Mann Whitney.Hasil penelitian: 1) modul dikembangkan dengan mengintegrasikan pendekatan keterampilan proses sains, dengan langkah: mengamati, merumuskan masalah, merumuskan hipotesis, mengidentifikasi variabel, melakukan eksperimen, menganalisis data, menyimpulkan dan mengomunikasikan untuk meningkatkan kemampuan berfikir kritis dan motivasi belajar siswa; 2) modul memenuhi kriteria baik dari hasil validasi materi, media, praktisi pendidikan dan teman sejawat. Nilai rata-rata sebesar 3,80, lebih besar dari nilai minimum kelayakan 3,78; 3) implementasi modul efektif meningkatkan kemampuan berfikir kritis siswa. Hasil perhitungan N-gain ditinjau dari kenaikan hasil tes kognitif dan kemampuan berpikir kritis siswa sebesar 0,67 pada kelas sampel dan 0,59 pada kelas kontrol yang dikategorikan “sedang”. Hasil signifikansi menghasilkan p=0,000, yang berarti terdapat perbedaan hasil belajar kognitif yang signifikan antara kelas sampel dan kelas kontrol; 4) implementasi modul efektif meningkatkan motivasi belajar siswa. Hasil uji statistik menunjukkan nilai signifikansi lebih rendah dari taraf signifikansi a =0,05 sehingga disimpulkan bahwa motivasi belajar siswa yang menggunakan modul lebih baik daripada pembelajaran secara konvensional.Kata kunci: Modul elektronik, Keterampilan Proses Sains, Kemampuan Berpikir Kritis, Motivasi Belajar Siswa