Kekurangan kesempatan untuk melatih pemikiran kritis dalam proses pembelajaran menyebabkan siswa menghadapi berbagai kesulitan. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji pengaruh model problem based learning (PBL), dampaknya terhadap keterampilan pemikiran kritis siswa kelas V pada topik siklus air, serta perbandingan pemikiran kritis antara pembelajaran berbasis masalah dan pembelajaran konvensional. Metode quasi-eksperimental dengan desain kelompok kontrol non-ekuivalen digunakan. Sampel terdiri dari siswa kelas V dari SDN 2 Rajapolah (29 siswa) dan SDN 6 Rajapolah (32 siswa), yang dipilih menggunakan sampling purposive. Alat ukur meliputi pedoman observasi dan tes esai. Hasil menunjukkan bahwa model pembelajaran berbasis masalah diterapkan dengan sangat baik, dengan skor aktivitas guru dan siswa mencapai 83% pada pertemuan pertama dan 96% pada pertemuan kedua. Uji hipotesis menunjukkan bahwa pembelajaran berbasis masalah secara signifikan mempengaruhi keterampilan berpikir kritis siswa (sig. 2-tailed 0,000 < 0,05) dengan ukuran efek besar (1,284 > 0,8). Kemudian, keterampilan berpikir kritis pada model pembelajaran berbasis masalah dan model pembelajaran konvensional menunjukkan perbedaan (sig. 2-tailed 0,000 < 0,05). Namun, berdasarkan nilai n-gain, pembelajaran berbasis masalah menghasilkan peningkatan yang lebih besar (0,3416) dibandingkan dengan pembelajaran konvensional (0,0772), menunjukkan efektivitas yang lebih tinggi.