Penelitian eksperimen ini bertujuan untuk membuktikan adanya pengaruh model pembelajaran problem-based learning terhadap kemampuan berpikir kritis dan kreatif serta keterampilan kolaborsi dan komunikasi siswa SMA Batik 2 Surakarta. Metode penelitian ini adalah kuasi eksperimen. Pemilihan sampel menggunakan teknik cluster random sampling pada kelas X SMA Batik 2 Surakarta dengan 2 kelas masing-masing sebagai kelas kontrol dan kelas eksperimen. Teknik pengumpulan data meliputi tes dan observasi. Instrumen tes berupa soal uraian untuk mengetahui kemampuan berpikir kritis dan kreatif siswa, sedangkan instrumen lembar observasi untuk mengetahui keterampilan kolaborasi dan komunikasi siswa. Hasil penelitian menunjukkan rata-rata kemampuan berpikir kritis siswa kelas eksperimen sebesar 65,78 dan kelas kontrol sebesar 58,84 dengan indikator tertinggi memfokuskan pertanyaan sebesar 82,58% untuk kelas eksperimen dan 78,79% untuk kelas kontrol, karena siswa terbiasa memecahkan suatu permasalahan. Rata-rata kemampuan berpikir kreatif siswa kelas eksperimen sebesar 72,16 dengan indikator tertinggi berpikir orisinil sebesar 86,36% karena siswa dapat menentukan partikel dasar penyusun atom dengan mudah, sedangkan pada kelas kontrol rata-ratanya 52,65 dengan indikator tertinggi berpikir lancar sebesar 71,97% karena siswa sudah memahami mengenai isotop. Rata-rata keterampilan kolaborasi siswa kelas eksperimen sebesar 76,77 dan kelas kontrol sebesar 64,39 dengan indikator tertinggi bekerjasama dengan kelompok secara efektif sebesar 79,80% pada kelas eksperimen karena siswa bekerjasama mengerjakan LKPD dan 71,72% pada kelas kontrol karena siswa bekerjasama mengerjakan tugas. Rata-rata keterampilan komunikasi siswa kelas eksperimen sebesar 69,02 dengan indikator tertinggi menyampaikan pendapat mengenai masalah yang dibahas sebesar 72,73% karena siswa berdiskusi, menyampaikan pendapat, dan mencari sumber literatur untuk menemukan solusi dari permasalahan. Sedangkan rata-rata kelas kontrol sebesar 43,69 dengan indikator tertinggi berpartisipasi aktif dalam menanggapi pendapat yang diberikan siswa lain sebesar 60,61% karena siswa dengan mudah menemukan sumber yang valid dalam mengerjakan tugas yang bersifat teoritis. Berdasarkan hasil uji MANOVA diperoleh nilai signifikansi sebesar 0,000 (0,000 < 0>