Matlamat umum uji kaji pemikiran adalah untuk meneroka natijah terhadap prinsip yang dipersoalkan:

A thought experiment is a device with which one performs an intentional, structured process of intellectual deliberation in order to speculate, within a specifiable problem domain, about potential consequents (or antecedents) for a designated antecedent (or consequent).[13]

Struktur uji kaji pemikiran itu barangkali tidak membolehkan uji kaji tersebut untuk dijalankan, dan walaupun ia boleh dijalankan, ia tidak semestinya memerlukan tujuan untuk menjalankannya.

Antara contoh uji kaji pemikiran ialah kucing Schrödinger yang menggambarkan ketidakpastian kuantum melalui manipulasi persekitaran tertutup sempurna bersama sedikit bahan radioaktif, dan syaitan Maxwell yang cuba membuktikan keupayaan makhluk terhingga hipotetikal untuk melanggar hukum termodinamik kedua.

Ia merupakan asas kepada pelbagai cerita fiksyen sains.[14]

Uji kaji pemikiran yang mempunyai soalan hipotesis yang berstruktur baik, ditakrifkan dengan baik, dan menggunakan penaakulan sembawa (modus irrealis) – "Apa yang boleh jadi berlaku (atau apa yang boleh jadi telah berlaku) jika . . . " – telah digunakan untuk mengemukakan persoalan dalam falsafah sejak zaman purba Yunani dan sebahagiannya sebelum zaman Socrates. [15] Dalam fizik dan pelbagai ilmu sains lain, banyak uji kaji pemikiran digunakan sejak abad ke-19 dan terutamanya pada abad ke-20, dan contoh lebih lama boleh didapati seawal zaman Galileo.

Dalam uji kaji pemikiran, seseorang itu memperoleh maklumat baharu dengan menyusun atau mengatur semula data empirik yang telah diketahui dengan cara yang baharu, kemudian sama ada mendapatkan kesimpulan baharu (a priori) daripadanya atau melihat data tersebut daripada perspektif yang berbeza. Contohnya, dalam uji kaji pemikiran Galileo, penyusunan semula pengalaman empirik berasal daripada idea asalnya untuk menggabungkan jisim yang berlainan berat. [16]

Uji kaji pemikiran telah digunakan dalam pelbagai bidang seperti falsafah (terutamanya etika), fizik, psikologi kognitif, sejarah, sains politik, ekonomi, psikologi sosial, undang-undang, kajian organisasi, pemasaran dan epidemiologi. Dalam undang-undang, "hipotesis" merupakan istilah sinonim yang digunakan untuk merujuk kepada uji kaji pemikiran.

Semua uji kaji pemikiran, tidak kira matlamat akhirnya, memaparkan corak cara pemikiran yang membolehkan kita menerangkan, meramal dan mengawal peristiwa dengan cara yang lebih baik dan lebih produktif.

Natijah terhadap teori

Dari segi natijah atau kesan terhadap teori, uji kaji pemikiran secara amnya:

• mencabar (malah menyangkal) teori yang lazim, selalunya dengan menggunakan alat yang dikenali sebagai reductio ad absurdum, (seperti dalam hujah asal Galileo iaitu bukti menerusi percanggahan),
• mengesahkan teori lazim,
• mencipta teori baru, atau
• menyangkal teori lazim sambil mencipta teori baru melalui proses saling eksklusif.

Penerapan dan aplikasi praktikal

Uji kaji pemikiran mampu memberikan sudut pandang penting dan berlainan terhadap teori yang tidak diketahui atau tidak diterima sebelum ini. Ia juga boleh menjadikan teori tersebut tidak relevan, malah boleh mencipta dan memulakan permasalahan baru yang sama sukar atau lebih sukar untuk diselesaikan.

Dari segi aplikasi praktikalnya, uji kaji pemikiran biasanya dijalankan untuk:

• mencabar status quo semasa (seperti membetulkan maklumat salah (atau salah faham), mengenal pasti kelemahan dalam hujah yang dikemukakan, mengekalkan fakta yang telah dibuktikan secara objektif untuk jangka panjang, dan untuk menyangkal dakwaan khusus bahawa beberapa perkara tertentu sama ada dibenarkan, dilarang, diketahui, dipercayai, berkemungkinan, atau diperlukan);
• menentuluar (atau menentudalam) perkara yang melampaui sempadan fakta yang telah ditetapkan;
• meramal dan menelah masa depan yang tidak pasti dan tidak dapat diketahui;
• menerangkan peristiwa masa lalu;
• meramal dan menelah peristiwa masa lalu yang tidak pasti dan tidak dapat diketahui;
• membantu membuat keputusan, pilihan, dan pemilihan strategi;
• menyelesaikan masalah dan menjana idea;
• mengalihkan masalah semasa (yang tidak dapat diselesaikan) ke ruang masalah lain yang lebih membantu dan lebih produktif (cth: penetapan kefungsian);
• menetapkan sebab, kebolehcegahan, kesalahan, dan tanggungjawab untuk hasil tertentu;
• menilai kebersalahan dan ganti rugi pampasan dalam konteks sosial dan undang-undang;
• mengkaji sejauh mana peristiwa masa lalu boleh berlaku secara berbeza;
• memastikan kejayaan masa lalu berulang; atau
• mengelakkan kegagalan masa lalu berlaku pada masa depan.