Tujuan penelitian adalah untuk meningkatkan: (1) motivasi pada materi struktur atom, sistem periodik, dan ikatan kimia kelas XI IPA4 SMA Negeri 2 Boyolali tahun pelajaran 2013/2014 dengan penerapan metode pembelajaran Numbered Heads Together (NHT) disertari macromedia flash, (2) prestasi belajar struktur atom, sistem periodik, dan ikatan kimia kelas XI IPA4 SMA Negeri 2 Boyolali tahun pelajaran 2013/2014 dengan penerapan metode pembelajaran Numbered Heads Together (NHT) disertai macromedia flash. Penelitian ini merupakan Penelitian Tindakan Kelas (Classroom Action Research) yang dilaksanakan dalam dua siklus, dengan tiap siklus terdiri atas perencanaan tindakan, pelaksanaan tindakan, observasi, dan refleksi. Subjek penelitian adalah siswa kelas XI IPA 4 SMA Negeri 2 Boyolali tahun pelajaran 2013/2014 dengan 24 siswa. Sumber data berasal dari guru dan siswa. Teknik pengumpulan data adalah dengan tes dan nontes (angket, observasi, dan wawancara). Analisis data menggunakan teknik analisis deskriptif kualitatif. Hasil penelitian menunjukan bahwa: (1) penerapan metode pembelajaran Numbered Heads Together disertai macromedia flash dapat meningkatkan motivasi belajar siswa pada materi struktur atom, sistem periodik, dan ikatan kimia. Hal ini dapat dilihat dalam siklus I yaitu persentase motivasi belajar siswa adalah 77,50% dan meningkat menjadi 79,84% pada siklus II, (2) penerapan metode pembelajaran Numbered Heads Together disertai macromedia flash dapat meningkatkan prestasi belajar siswa pada materi struktur atom, sistem periodik, dan ikatan kimia. Pada penelitian ini prestasi belajar mencakup dua aspek yaitu kognitif dan afektif. Persentase prestasi belajar kognitif pada siklus I sebesar 58,33% meningkat menjadi 87,5% pada siklus II. Persentase prestasi belajar afektif pada siklus I adalah 77,86% meningkat menjadi 78,00% pada siklus II.Kata kunci: Numbered Heads Together, macromedia flash, struktur atom, sistem periodik, ikatan kimia, motivasi, prestasi belajar.