化学实验目的的确定是实验主客体之间的观念关系向实践关系转化的一个必要环节。实验目的贯彻于实验主客体相互作用的实践全过程，最后对象化于实验活动的结果中。因此，化学实验必须有明确的、切实可行的目的。确定化学实验目的是一个理论的逻辑演绎的过程，提出正确的化学实验目的必须充分发挥理论思维的作用。
(3)明确指导化学实验设计的理论
化学实验指导理论是将化学实验目的与实验设计二者联系起来的中间环节。明确了指导理论，实验设计就有了根据，有了方向。化学实验者就可以根据这种理论弄清该从什么方向、通过什么步骤、采用什么方法和手段去实现已确定的实验目的，并可以根据这些理论进一步作出逻辑推理，推断可能产生的结果，预测可能遇到的困难，事先考虑好克服的办法。
(4)化学实验设计中的理论思维
在化学实验实施之前，要做好化学实验设计。化学实验设计是化学实验目的的具体化的观念模型。它是化学实验主体借助理论思维在头脑中建构的一种观念性的东西，但它又是具体化了的。这种具体化是指化学实验目的的具体化，是指实现化学实验目的的实践活动过程的具体化。但是这种具体化并不是现实的具体化，而是在观念中实现的，以文字说明，用化学用语、图与表等的外表形式感性化地体现在书面上的，建立这种化学实验观念模型的过程本身就是运用理论和理性方法进行积极思维的过程。如对化学实验所涉及的化学反应原理、参加化学反应的各种物质的性质等要有一定的了解和认识。尽可能估计到在什么样的实验条件下，能发生什么样的化学反应以及产生什么样的实验结果。并确定在怎样的实验条件下，才能使有关化学反应向着实现化学目的的方向发展。还要根据实验特点预选实验方法和手段，甚至对选用仪器的规格、仪器的联接安装方式都要仔细考虑。然后，再确定实验操作的程序和步骤，并在思想上进行“实验”，这时头脑中要考虑每一步应怎样操作，操作方法上应注意些什么，怎样进行观察，如何使实验过程中的每一环节、每项操作都成为有目的、有计划的具体活动，从而构成一个有序的联系的整体。对实验的每一个细节都作好周密分析、思考之后，才能着手完成化学实验设计的书面材料。
化学教学中的实验设计通常都有可参考的现成的模式，与实验研究中的设计相比较，在内容和方法上简单得多，在知识和技术水平上也低得多，因此，比较容易完成。但是，为了满足教学中的一些特殊要求，教师要正确、适时的引导学生运用理论思维做好化学实验设计。
(5)化学实验手段、化学药品准备中需要理论思维
化学实验仪器、实验装置等的选择和准备，并不是纯物质的活动，也要以理论为指导。从实质上说，化学实验仪器、装置和设备(特别是现代化的实验仪器和设备)是理论和理论方法的物化，它不仅含有大量自然科学知识(如化学的、光学的、电学的和热学的等方面的知识)，还包含着诸如分析和综合、归纳和演绎、抽象、比较和类比等逻辑方法。所以说，化学实验仪器和装置是自然科学理论和理性方法外化而形成的实物形态。即使常用的、最简单的实验仪器和装置(如启普发生器、冷凝器、滴定管等)也无不凝结着一定的理论和逻辑思维方法。
因此，实验仪器的选择和组合都要有相应理论知识、理性方法的准备，特别是对那些结构较复杂的现代化、自动化的化学实验仪器和现代化的测量仪器系统，不仅应该掌握使用方法，还应对它的基本结构、构成原理等有一定了解。
同样，化学药品和试剂的准备也要充分发挥理论思维的作用。如果缺乏或忽视理论知识的指导，甚至连最简单的溶液或溶剂的配制也会违反实验本身的要求或出现科学性错误。这不仅直接关系到实验的成败，严重的还会有危及人身安全的实验事故发生。
化学实验实施阶段中的理论思维化学实验实施中的具体实验操作，是感性的物质活动过程，其目的在于把蕴涵于化学实验目的和化学实验设计中的理论思维，通过物质手段和实验操作方法，外现于感性的具体实践活动中。化学实验主体或实验观察者(如学生)则通过实验观察从实验对象的变化中获得有意义的化学实验事实。理论思维在实验观察、观察陈述以及实验操作中始终都起着十分重要的作用。
(1)实验观察中的理论思维
①化学实验观察中的知觉定势。
化学实验实施中，实验主体(或实验观察者)通过感官同实验对象发生联系，接受来自实验对象发出的信息，同时对这些信息进行挑选、加工和翻译，经过分析综合，才能获得感觉信息。实验的知觉是通过思维活动对感觉信息、感觉材料，进行组织化、秩序化、整体化而形成的直接感性反映形式。我们知道知觉的敏锐性主要依赖于一定的知觉定势。知觉定势包括原有的知识、经验、需要、兴趣、情绪、注意以及价值观念等因素。知觉定势是整理、组织感觉信息，完成一个知觉过程的准备状态，对知觉的形成有重要影响。因此，实验主体或实验观察者对某一实验客体有一定的知识储备或经验准备，就能通过观察在较短的时间内形成该实验客体的整体知觉；实验主体或实验观察者对实验的目的愈明确，达到实验目的的要求愈强烈，也就愈能鲜明地形成实验对象的知觉；对实验观察的兴趣愈大，对实验对象的知觉也就愈敏锐；注意力愈集中，知觉也愈清楚明晰。
②实验观察中的观察陈述。
通过观察获得的实验对象的知觉信息，要用科学的观察语言表述出来。在化学实验观察中的观察语言都是与特定的化学理论相联系着的，这些理论形成了观察时的理论框架，离开了这个框架就无法做出观察陈述。如，盐酸可使石蕊试液变成红色，盐酸不能使酚酞试液变色；氢氧化钠溶液可使石蕊试液变成蓝色，使酚酞试液变成红色。这里的观察陈述所使用的语言就是以电解质溶液理论为理论框架的。对于化学学科来说，用于观察陈述的语言主要是化学专业术语(化学概念)或专用化学符号。如上面提到的盐酸(HCl)、氢氧化钠(NaOH)、酚酞试液和石蕊试液等便是化学专业术语(化学符号)。由此可见，实验观察者原有的经验和化学理论基础在观察陈述中起着重要作用。实际上没有理论渗透的纯粹观察是不存在的。
观察陈述是否精确，主要决定于：观察是否精确；观察陈述所使用的化学术语、化学符号以及观察陈述结构是否精确。
需要明确的是，前人发现、创立的化学理论，成为后人进行化学实验观察的前提条件，起着一种理论框架的作用。但是，观察的目的决不是单纯地把观察到的实验事实纳入先前的理论框架之中就算完事。观察的客观性原则要求实验观察必须尊重观察到的客观事实。如果实验中的观察受先前的理论框架所束缚和限制，那么很多新的实验事实就会观察不到，这就失去了实验研究中观察的意义。化学史上许多重要理论的建立和发展表明在实验观察中掌握的新事实、新经验材料，通过观察陈述，往往能突破原先的理论框架，并以此为基础形成新的理论系统结构。科学研究中实验观察的意义就在于为新理论的建立提供科学事实，为新理论的真理性奠定客观基础。
对于学生来说，他们虽然在一般的情况下，不能通过实验观察为化学理论的发展提出什么新的实验事实，但是在实验观察中，同样需要发挥他们已掌握的理论框架的作用，并敢于冲破他们已有理论框架的束缚，提出对他们来说是新事实、新的感性材料，这对他们形成新概念、新理论以及提高科学素质都具有重要意义。
(2)化学实验操作中的理论思维。
化学实验操作和实验观察一样也是离不开理论指导和积极思考的。
①化学实验操作要以相应的理论为指导化学实验中的实验仪器、装置、设备和工具等是实现科学认识以实物形态存在的物质手段(或认识工具)。作为化学实验中介的物质手段如果不通过实验者的使用和操作，实验者和实验对象就不能发生联系和相互作用，因而也就不能从实验对象的变化中获得有意义的信息。
所以，化学实验必须由实验者以物质手段为中介进行必要的实验操作。
什么是化学实验操作？化学实验操作就是指在化学实验的实施过程中，化学实验者按照一定的实验目的和制订的实验计划，运用实验物质手段，在控制一定的实验条件下，使实验对象发生某种变化的一系列有序的动作活动。这一系列动作活动，主要表现为手和上肢的肌肉、骨骼的运动，以及与之相应的神经系统部分的活动。
为什么说化学实验操作离不开理论思维呢？化学实验中的动作活动并不是任意的，也不是实验者先天就具有的，它是经过学习、练习而形成和发展的。这种动作活动中的“做什么”和“怎么做”都是以一定的理论知识为基础的，都要受实验者“意识”的支配，并服从于一定的实验目的。如用加热分解高锰酸钾的方法制取氧气的实验，是由安装制取氧气的实验装置和检验其气密性、安装收集氧气的装置、给装有高锰酸钾的试管加热、收集氧气、把导管移出水面、停止加热、熄灭加热器的火焰等一系列有序的操作构成的，其中每一步具体操作都必须在一定理论指导下，按一定要求来进行。就以加热来说，要求“使酒精灯在试管下方来回移动，使试管均匀受热，然后再对高锰酸钾所在的部位加热”，所以要这样操作，是为了防止试管因受热不均匀而损坏。又如在停止加热时，要先把导管移出水面之后才停止加热并熄灭火焰，这是为了避免停止加热后，试管内气压小于外大气压而使冷水从导管流进热试管使试管炸裂。由此可见，实验操作中的操作步骤和操作方法忽视了理论的指导，违反实验操作的客观规律和基本要求，将会引起实验的失败或造成仪器的损坏。因此，化学实验中不论是简单操作还是复杂操作，都必须注意在实验操作基本原理的指导下来进行。
化学实验教学中，既要让学生知道“做什么”和“怎么做”，还要让他们懂得“为什么要这样做”，“为什么不能那样做”的道理和理论依据，从某种意义上讲后者更为重要。这将有助于提高学生实验操作的自觉性和主动性，有利于提高实验的成功率。
②化学实验操作方法的选择要有理论指导化学实验中实验操作(如加热)，又可分为许多不同的实验操作方法(如直接加热和间接加热的操作方法)，每一种操作方法又有它所依据的基本原理。化学实验中采用哪一种实验操作方法，必须在全面分析实验所涉及的各种物质及各种因素的基础上来确定。如加热是化学实验中一项非常重要的实验操作，许多化学反应是在加热操作的情况下发生和进行的。另外，还有些基本操作(如溶解、升华、蒸发、蒸馏等)也需要进行加热操作。从加热的基本原理看，加热是热源将热能传递给被加热的对象而使其变热的过程。实际上加热时，热能首先传递给实验仪器(如试管、烧杯、烧瓶、蒸发皿等)使之变热，再传递给实验容器内的物质，以使物质发生化学反应或达到某种基本操作的目的(如蒸发)。根据热能获得方式的不同，又可把加热操作分为直接加热和间接加热两种操作方法。直接加热方法是将热能直接加于被加热的对象(如加热分解高锰酸钾制取氧气)。间接加热方法是将热源的热能加于一个中间载热体(如石棉网，热浴中的水、油、砂和空气等)，然后由中间载热体将热能再传给被加热的实验容器(如烧瓶)和被加热的物质(如实验室用乙醇制乙烯)。由此可见，化学实验操作方法的选用不是随意的，必须以某项实验操作方法的基本原理、实验仪器性能和实验设备功能、实验对象等方面的理论知识为基础，在对各种有关因素做出全面、具体分析之后才能确定的。所以说，实验操作方法的选择也同样需要理论思维。
化学实验结果处理中的理论思维对实验结果的涵义有几种不同的理解。一种是指实验作为一个物质过程的产物，它是物质的，是第一性的。另一种是指通过实验观测所取得的各种原始资料，包括各种现象、事实、过程和数据，这就是所说的个别的、具体的实验事实。
化学实验的真正目的是在于通过感性的具体操作，为进一步发展到理性的认识提供条件，以便更正确地反映实验对象并把握它的规律和本质。然而规律和本质隐藏在物质的内部和深处，是看不见摸不着的，化学实验结果本身也不会自在地呈现出其内在的本质和规律。但是，物质的规律和本质和物质的现象之间的关系是辩证统一的，物质的任何本质和规律都要通过一定的现象表现出来，任何现象又都从一定的方面表现物质的规律和本质。化学实验的最后阶段，运用理论思维对化学实验中搜集到的事实、现象、过程和数据等进行逻辑思考，做好理性分析处理，并在此基础上作出理论解释，就是对物质的认识从现象向本质不断深入所不可缺少的一步。所有这些都离不开理论思维。
(1)化学实验结果的分析处理是一个复杂的理论思维过程。
化学实验结果需要处理，处理要有一定的方式和方法，不论采取什么样的处理方式和方法，实质上都是运用思维方法对感性材料进行整理和纯化，都是对化学实验事实进行“去粗取精、去伪存真”的加工制作。如钠跟水的反应，首先，通过钠跟水反应的实验观察，得到多个化学实验事实，用陈述句表述，则有：
事实1：小块钠浮在水面上；事实2：钠熔化成闪光的小球；事实3：小球向各方迅速游动，有轻微嘶嘶声，小球逐渐变小，最后完全消失；事实4：用试管采取排水集气法收集产生的气体；事实5：将试管移近火焰，产生很小的响声；事实6：向水中滴加酚酞试剂，由无色变成红色。
然后，运用已有的经验和知识对观察到的各种实验事实进行分析、推断，则分别认识到：