Kritisches Denken ist eine zentrale Voraussetzung, um naturwissenschaftliches Wissen in gesellschaftlichen Entscheidungssituationen handlungswirksam zu nutzen. Trotz seiner prominenten Stellung in Bildungsdiskursen bleibt es diffus definiert und schwer adressierbar. Die vorliegende Arbeit entwickelt auf konzeptioneller Ebene eine interdisziplinär fundierte Definition Kritischen Denkens, die kognitive und affektive Dimensionen integriert, und führt zwei strukturierende Modelle ein. Darauf aufbauend wird empirisch untersucht, wie sich Kritisches Denken erschließen und operationalisieren lässt. In einem iterativen Forschungsprozess wurde ein triangulierendes Instrument zur Analyse multiperspektivischer Bewertungsprozesse entwickelt und erprobt. Erfasst werden fachliche, epistemologische und selbstreflexive Aspekte Kritischen Denkens bei der Bewertung gesellschaftlicher Problemstellungen mit naturwissenschaftlichem Bezug. Die Erhebungen erstreckten sich über vier Semester und umfassen 97 Studierende mit 143 Fragebögen und 51 Interviews. Die Ergebnisse zeigen, dass Studienfortschritt allein nicht zur Erweiterung des Denkens führt. Erst durch die explizite Thematisierung Kritischen Denkens lassen sich signifikante Veränderungen im Reflexionsverhalten und in der Perspektivenvielfalt feststellen. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit einer gezielten Auseinandersetzung mit dem Thema und eröffnet sowohl für die Forschung neue Perspektiven zur Analyse von Denkprozessen als auch für die Lehrerkräftebildung konkrete Ansatzpunkte zur Förderung Kritischen Denkens.