Kemahiran berfikir merupakan satu proses yang kompleks yang berlaku dalam minda seseorang apabila orang itu memikir tentang sesuatu. Ia melibatkan pengendalian operasi mental tertentu atas pengetahuan dan pengalaman dalam minda kita. Operasi-operasi mental itu terdiri daripada operasi kognitif dan operasi metakognitif.

Operasi kognitif ialah kemahiran berfikir yang biasa kita lakukan seperti membanding dan membezakan, menaakul, merumus, mereka cipta, dan mengeluarkan idea. Operasi metakognitif pula ialah apabila kita membuat refleksi. Contohnya, operasi kognitif ialah semasa kita membandingkan dan membezakan. Operasi metakognitif pula jika kita sedar atau memikir tentang jenis kemahiran berfikir (membanding, membezakan, dan membuat refleksi).

Proses pemikiran memerlukan tujuan mencapai sesuatu. Contohnya, tujuan berfikir mungkin mencari mungkin mencari makna sesuatu, menilai sesuatu, membuat keputusan, atau menyelesaikan masalah. 

Dalam proses pembelajaran Matematik, kemahiran berfikir diperlukan untuk memahami kedua-dua bentuk pengetahuan Matematik iaitu pengetahuan prosedur (procedural knowledge) dan kefahaman konsep (conceptual concept). Sebagai contoh, dalam menyelesaikan masalah persamaan kuadratik x2+2x+1=0, pelajar perlu berfikir apakah langkah seterusnya yang perlu dilakukan berdasarkan pengetahuan yang telah dipelajari. Begitu juga dalam menyelesaikan masalah penggunaan pembezaan, pelajar perlu membuat interpretasi yang lebih kompleks dengan memahami situasi yang diberi dan kaitannya dengan topik pembezaan. Selain daripada itu juga pelajar perlu memikirkan apakah konsep-konsep asas pembezaan yang diperlukan dalam menyelesaikan masalah tersebut.