Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis adanya peningkatan keterampilan berpikir kritis siswa menggunakan model pembelajaran Creative Problem Solving (CPS) berdiferensiasi dan model pembelajaran Problem Based Learning (PBL) pada materi termodinamika. Jenis penelitian ini merupakan kuantitatif menggunakan metode eksperimen. Desain penelitian yang digunakan adalah Quasy Experimental Design. Metode pengumpulan data menggunakan tes keterampilan berpikir kritis dan angket respon siswa. Penelitian menunjukan bahwa rata-rata nilai siswa setelah diterapkan model pembelajaran Creative Problem Solving (CPS) berdiferensiasi pada kelas eksperimen yaitu 83,45 lebih tinggi dibandingkan kelas kontrol yaitu 67,84. Hasil uji t diperoleh t_hitung>t_tabel maka dapat dikatakan, model pembelajaran CPS lebih efektif dibandingkan model pembelajaranPBL. Peningkatan keterempilan bepikir kritis berdasarkan uji n gain menunjukan pada model CPS berdiferensiasi memperoleh 5 kelompok dengan nilai sebanyak 0,75 pada kategori tinggi dan 1 kelompok dengan nilai rata-rata 0,68 kategori sedang, sedangkan pada model pembelajaran PBL seluruh kelompok mendapatkan nilai sebanyak 0,55 dengan kategori sedang. Respons siswa terhadap model pembelajaran pembelajaran CPS berdiferensiasi diperoleh hasil positif sebanyak 33 siswa dengan 64% dalam kategori “Sangat Baik” dan 36% berada dalam kategori “Baik” Hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa penerapan model pembelajaran Creative Problem Solving (CPS) berdiferensiasi pada materi termodinamika dapat meningkatkan keterampilan berpikir kritis siswa.