Pembelajaran berpikir adalah pemanfaatan dan penggunaan otak secara maksimal. Menurut beberapa ahli, otak manusia terdiri dari dua bagian yaitu otak kanan dan otak kiri. Masing-masing belahan otak memiliki spesialisasi dalam kemampuan-kemampuan tertentu. Proses berpikir otak kiri bersifat logis, skuensial, linier, dan rasional. Sisi ini sangat teratur. Walaupun berdasarkan realitas, ia mampu melakukan penafsiran abstrak dan simbolis. Cara berpikirnya sesuai untuk tugas-tugas teratur ekspresi verbal, menulis, membaca, asosiasi auditorial, menempatkan detail dan fakta, fonetik, serta simbolis (De Porter, 1992).
Cara kerja otak kanan bersifat acak, tidak teratur, intuitif dan holistik. Cara berpikirnya sesuai dengan cara-cara untuk mengetahui yang bersifat non verbal seperti perasaan dan emosi, kesadaran yang berkenaan dengan perasaan (merasakan kehadiran suatu benda atau orang), kesadaran spasial, pengenalan bentuk dan pola, musik, seni, kepekaan warna, kreativitas dan visualisasi.
Kedua belahan otak perlu dikembangkan secara optimal dan seimbang. Belajar yang hanya cenderung memanfaatkan otak kiri, misalnya dengan memaksa anak untuk berpikir logis dan rasional akan membuat anak dalam posisi "kering dan hampa". Oleh karena itu belajar berpikir logis dan rasional perlu didukung oleh pergerakan otak kanan, misalnya dengan memasukkan unsur-unsur yang dapat mempengaruhi emosi, yaitu unsur estetika melalui proses belajar yang menyenangkan dan menggairahkan. Dalam standar proses pendidikan, belajar adalah memanfaatkan kedua belahan otak secara seimbang.
Pendapat lain tentang otak adalah teori Otak Triune. "Triune" berarti "three in one" (Dave Meier, 2002) Menurut teori otak Triune, otak manusia terdiri dari 3 bagian yaitu otak reptil, sistem limbik dan neokortek seperti yang ada dalam gambar 1 di bawah ini.
Otak reptil adalah otak paling sederhana. Tugas utama otak ini adalah mempertahankan diri. Otak ini menguasai fungsi otomatis seperti degupan jantung dan sistem peredaran darah. Disinilah pusat perilaku naluriah yang cenderung mengikuti contoh dan rutinitas secara membuta. Otak reptil diyakini sebagai otak hewan yang berfungsi untuk mengejar kekuasaan. Ia akan berbuat apa saja demi mencapai tujuan yang diinginkannya termasuk untuk mempertahankan diri.
Sistem limbik adalah otak tengah yang memainkan peranan besar dalam hubungan manusia dan dalam emosi. Fungsi otak ini bersifat sosial dan emosional. Di otak ini juga terkandung sarana untuk mengingat jangka panjang.
Neokortek adalah otak yang paling tinggi tingkatannya. Otak ini memiliki fungsi tingkat tinggi misalnya mengembangkan kemampuan berbahasa, berpikir abstrak, memecahkan masalah, merencanakan ke depan, dan berkreasi. Otak ini yang membuat manusia berbeda dengan makhluk lain ciptaan Tuhan.
Proses pendidikan mestinya mengembangkan setiap bagian otak. Apabila proses pembelajaran mampu mencapai otak neokortek maka sudah barang tentu otak reptil dan sistem limbik akan terkembangkan; namun demikian pembelajaran yang hanya menyentuh otak limbik apalagi otak reptil belum tentu neokortek akan terkembangkan. Dengan demikian pembelajaran mestinya mengembangkan kemampuan-kemampuan yang berhubungan dengan fungsi neokortek, melalui pengembangan berbahasa, memecahkan masalah dan membangun kreasi.
