Penelitian ini didasarkan pada rendahnya nilai Asesmen Kompetensi Madrasah Indonesia (AKMI) yang mengukur 4 literasi di MAN 3 Jembrana. Hal ini disebabkan karena proses pembelajaran di MAN 3 Jembrana belum menggunakan model pembelajaran untuk meningkatkan literasi sains siswa. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui keefektifan model pembelajaran Nature of Science untuk meningkatkan literasi sains siswa pada materi termokimia. Penelitian ini merupakan penelitian kuantitatif dengan desain quasy experimental berjenis non-equivalent control grup design. Teknik pengambilan sampel menggunakan teknik cluster random sampling. Populasi dari sampel penelitian adalah seluruh siswa kelas XI dan sampel yang digunakan dalam penelitian adalah kelas XI MIPA 1 dan XI MIPA 2. Kelas XI MIPA 1 sebagai kelas eksperimen dan kelas XI MIPA 2 sebagai kelas kontrol. Data penelitian didapatkan melalui hasil pretest dan posttest kelas kontrol dan eksperimen yang kemudian dianalisis dengan menggunakan uji t-test. Berdasarkan analisis data tahap akhir diperoleh bahwa hasil uji hipotesis menggunakan uji t-test pada data posttest, yang menunjukkan nilai signifikansi (2- tailed) sebesar 0,000. Karena nilai signifikansi (2-tailed) lebih kecil dari 0,05, maka hipotesis alternatif (Ha) diterima sedangkan hipotesis nol (Ho) ditolak. Sehingga dapat disimpulkan bahwa model pembelajaran Nature of Science efektif untuk meningkatkan literasi sains siswa pada materi termokimia