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Das Problemlösen (sowie die Problemlösung) ist eine Schlüsselkompetenz von Personen, die darauf abzielt, erkannte Probleme durch intelligentes Handeln, durch bewusste Denkprozesse zu beseitigen.
Grayson H. Wheatleys launige Definition „Problemlösen ist das, was man tut, wenn man nicht weiß, was man tun soll“ verweist auf die Unzufriedenheit mit einem Ist-Zustand als Ausgangspunkt einer Problemlösung, der durch Problemlösen zu einem Soll-Zustand verändert werden soll. Die Abfolge unterschiedlicher Schritte auf dem Weg bezeichnet man als Problemlösungsprozess. Erforscht werden die Grundlagen von der Kognitiven Psychologie, der Kognitionswissenschaft und der Entscheidungstheorie.
Karl Duncker definierte 1935/1974: „Ein ‚Problem‘ entsteht z. B. dann, wenn ein Lebewesen ein Ziel hat und nicht ‚weiß‘, wie es dieses Ziel erreichen soll. Wo immer der gegebene Zustand sich nicht durch bloßes Handeln (Ausführen selbstverständlicher Operationen) in den erstrebten Zustand überführen lässt, wird das Denken auf den Plan gerufen. Ihm liegt es ob, ein vermittelndes Handeln allererst zu konzipieren.“
Für die Normalwissenschaft besteht nach Thomas Samuel Kuhn die ständige Aufgabe zum Problemlösen. Wissenschaftler werden angeleitet, eine bestimmte Tradition des Problemlösens weiterzuführen. Auch der Philosoph Karl Raimund Popper (Alles Leben ist Problemlösen, 1994) zeigt den universalen Sinn auf.