爱因斯坦对批判性思维的发展与创新尤为直接，爱因斯坦在世界统一观和唯物主义认识论的基础上，形成了自己独特的批判性思考，创造出“直觉—演绎”思维，他称之为“探索性的演绎法”。
他完美地结合了经验论与唯理论，实现了逻辑思维与非逻辑思维的统一。他指出，科学认识必须以经验事实为基础，不能依赖研究主体而独立存在；而科学发现是概念的运动，概念则是思维的自由创造。他认为：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”爱因斯坦明确了想象力是科学研究中的实在因素，这是典型的非逻辑方法，不仅如此，他还肯定了直觉、顿悟、灵感等对科学研究的重要作用。同时，他非常注重逻辑思维，如分析、综合、归纳、演绎、类比、数学论证等，认为可以通过演绎形式来得到完整的科学理论，物理学的创造原理逻辑结构都存在于数学中，且有优美的数学表达形式。
爱因斯坦运用其丰富的想象力，创新了批判性思维的表现内涵，他设计了许多著名的理想实验，把理想方法和实验结合起来。例如：“假想光波随光速前进实验”使他觉察到牛顿运动定律的局限性；“演绎同时性的相对性的光速火箭理想实验”使他得出了光速不变原理；“理想升降机实验”使他得出了著名的广义相对论的等效原理；“假想质子和中子的聚变实验”导致了质能公式的发现；等等。
正如他所说，理想实验无论什么时候都是不能实现的，但它使我们对科学实验有更深入的了解。他强调：“科学就是有这样的一种企图，它要求我们把杂乱无章的感觉经验同逻辑上贯彻一致的思想体系对应起来。”这种“直觉—演绎”思维与当时主流物理思想“实验—归纳”的逻辑思维大不相同，具有思辨和理性相结合的特征，彰显出批判性思维的综合性、复杂性、开放性和求真性的特征。
爱因斯坦认为，自然界中各种纷纭复杂的现象具有内在的统一性，这种统一性遵循着对称性和简单性两个原则。他明确地提出了事物之间都是相互联系的，必须看到这种联系，不能孤立地去看某一事物。具体说来，他运用批判性思维发展出的相关科学思想如下所述：
一是简单性原则。自然界本质上是简单的，所以科学理论也要追求简单性。物理上真实的东西一定是逻辑上简单的东西。
二是实在论原则。相信存在一个离开知觉主体而独立的外在世界是一切自然科学的基础。
三是精确性原则。理论物理学家在描述各种关系时，要求尽可能达到最高标准的严格精确性，这样的标准只有用数学语言才能达到。
四是可逆性原则。牛顿方程的可逆性表明，自然界本身是可逆的，时间是一个没有方向、没有箭头的参量，从现在追溯过去以及从现在推测未来是完全相同的。
五是单值决定论原则。全部物理学的纲领性目标就是对自然的实在状况做出完备的描述，即单值决定论的而非统计性的描述。
六是还原性原则。既然物理学基本规律看来已经可靠地建立起来了，大概不能期望它们在有机界里是不正确的。
七是连续性原则。具有意义的世界是一个连续区（如时空、运动、自然界等都是连续的）。
爱因斯坦进一步发展了物理学中的批判性思维，他强调指出：首先，理论不应当同经验事实相矛盾；其次，新理论不是毁灭了旧理论的成就，而是在更高的理论水平上发展了旧理论。爱因斯坦的狭义相对论及其所有的推论已经把牛顿运动定律作为 v c 时的极限情况包含在内；而他的广义相对论则是在狭义相对论和万有引力定律的基础上发展起来的。在没有引力场时，广义相对论又回到了狭义相对论；在只考虑一级近似时，广义相对论又回到了牛顿的引力理论。
从批判性思维视角来看，科学没有永恒的理论。说相对论推翻了牛顿力学，那是不公正的。相对论也不是终极真理，它还将让位于更加科学的理论。新理论既应该指出旧理论的优点，也应该指出它的局限性，而且使我们能在更高理论水平上重新得到自己的旧概念。其实，新旧理论之间否定之否定、螺旋式上升的关系，正是批判性思维教学所倡导的客观真实。批判性思维从本质上来说是一种反省式思维，它是对理论假说的系统检验，强调质疑精神与证据研究的有机统一。
