Penerapan model pembelajaran kooperatif Student Facilitator and Explaining (SFAE) telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis peserta didik pada pokok bahasan termokimia di kelas XI MIA MAN 2 Model Pekanbaru. Bentuk penelitian adalah eksperimen dengan rancangan penelitian randomized control group pretest-posttest. Sampel dalam penelitian ini adalah kelas XI MIA 4 sebagai kelas eksperimen dan kelas XI MIA 5 sebagai kelas kontrol yang ditentukan secara acak setelah dilakukan uji normalitas menggunakan uji Liliefors dan diuji homogenitas menggunakan uji kesamaan dua rata-rata. Kelompok eksperimen diberi perlakuan dengan penerapan model pembalajaran Student Facilitator and Explaining (SFAE) sedangkan kelompok kontrol tanpa penerapan model pembalajaran SFAE. Analisa data untuk pengujian hipotesis dilakukan menggunakan uji-t pihak kanan. Berdasarkan hasil analisis pengolahan data didapatkan thitung > ttabel yaitu 2,56 > 1,67 artinya penerapan model pembelajaran kooperatif SFAE dapat meningkatkan kemampuan berpikir kritis peserta didik pada pokok bahasan termokimia di kelas XI MIA MAN 2 Model Pekanbaru. N-Gain peningkatan kemampuan berpikir kritis peserta didik pada pokok bahasan termokimia di kelas XI MIA MAN 2 Model Pekanbaru sebesar 0,75 dengan kategori sedang.