Penerapan model pembelajaran yang kurang bervariasi dan lebih didominasi oleh guru serta pelaksanaan praktikum yang terbatas menjadi salah satu faktor penyebab rendahnya motivasi belajar dan hasil belajar kognitif siswa. Salah satu model pembelajaran yang dapat divariasikan dengan media laboratorium virtual adalah model Problem Based Learning (PBL). Penelitian ini merupakan penelitian kuantitatif, jenis eksperimen dengan desain penelitian quasi eksperimental tipe nonequivalent control group design. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh model PBL berbantuan laboratorium virtual terhadap motivasi dan hasil belajar kognitif siswa pada materi titrasi asam basa serta menganalisis hubungan antara motivasi dan hasil belajar kognitif siswa pada materi titrasi asam basa. Penelitian dilakukan di MA Nahdlatul Muslimin Undaan Kudus dengan sampel penelitian kelas XI IPA 1 dan XI IPA 2. Teknik sampling yang digunakan yaitu sampling total. Teknik analisis data yang digunakan yaitu uji t, uji N-Gain dan uji korelasi pearson. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penerapan model PBL berbantuan laboratorium virtual berpengaruh positif terhadap motivasi dan hasil belajar kognitif siswa pada materi titrasi asam basa. Penerapan model PBL berbantuan laboratorium virtual terhadap peningkatan motivasi belajar yaitu sebesar 19,55% dengan kategori sangat tinggi, sedangkan terhadap peningkatan hasil belajar kognitif yaitu sebesar 21,7. Hubungan antara motivasi dan hasil belajar kognitif pada penelitian ini adalah searah dengan tingkat korelasi sedang yaitu sebesar +0,596.