根据皮亚杰的理论，当青少年发展出抽象推理的能力时，他们即进入认知功能发展的顶峰——形式运算阶段。这一阶段的思维不再局限于真实的或可观察的事物，开始能够对观念和命题进行心理操作，形成了解决各类问题的推理逻辑。“如果我今天不去上学，那么……或者……将会发生”。这一阶段通常出现在12岁左右，青少年的思维不必依赖于具体事物，而是能对假设进行推理，相信演绎得到的结论。
形式运算思维不同于之前时期的具体运算思维。皮亚杰认为，在具体运算阶段的儿童仅限于解决当前的难题，而难以应对未来的或假设的事情，而处于形式运算阶段的青少年可以利用语言文字，在头脑中进行想象和重构来解决问题。
此外，形式运算阶段的儿童甚至可以依据概念、假设等为前提，进行假设—演绎推理，还能够进行一切科学技术所需要的一些最基本运算，比如考虑一切可能性；分离和控制变量，排除一切无关因素；观察变量之间的函数关系，将有关原理组织成有机整体等。
为了更好地理解形式推理，英海尔德和皮亚杰（Inhelder＆Piaget，1958）进行了一系列的实验研究，以考察具体运算阶段与形式运算阶段的儿童归纳推理能力。不同长度的绳子被固定在一个横梁上，绳子的末端可拴上不同重量的重物，实验者向被试演示如何使钟摆摆动（将栓有重物的摆绳拉紧并提至一定的高度，再放下即可）。被试的任务是，通过检验与钟摆摆动有关的四种因素（摆绳的长度、物体的重量、摆绳被提起的高度以及推动物体的力量），来确定哪一种因素决定钟摆摆动速度（在每一种因素中又有不同级别的划分，如摆绳的长度有三个级别、重物的重量有四个级别等）。几年内，实验者追踪了一位名叫亚当的儿童解决钟摆问题的过程。亚当7岁时，处于前运算阶段。由于不能进行抽象运算思维，所以他只是随机实行各种操作方法，而且他也不能理解或报告所发生的情况。
亚当第二次接触钟摆实验是在10岁，此时他处于具体运算阶段。这次他发现改变绳子的长度和物体的重量会影响钟摆摆动的速度，但却无法分辨究竟哪个因素起决定性作用。(www.xing528.com)
亚当15岁时第三次解决钟摆问题，此时他处于形式运算阶段。他设计实验来检验所有假设，每次只改变一个因素：首先是绳子长度；其次是物体重量；再次是物体被提起的高度；最后是推动物体的力量。通过多次实验，亚当能够确定只有绳子的长度这一因素可以决定钟摆摆动的速度。通过提出假设并设计实验来验证答案的这一过程充分反映出他的假设——演绎推理能力是形成计算阶段所特有的能力。
图9-3 皮亚杰的钟摆实验装置
资料来源：Ginsburg＆Opper，1979
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