Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penerapan model Problem Based Learning (PBL) terhadap keterampilan argumentasi ilmiah siswa pada materi termokimia. Latar belakang penelitian ini berangkat dari rendahnya kemampuan siswa dalam menyusun argumen yang logis dan berbasis bukti, serta masih terbatasnya penggunaan model pembelajaran yang mendukung pengembangan keterampilan tersebut. Penelitian ini menggunakan metode kuantitatif dengan desain nonequivalent control group design. Sampel penelitian terdiri atas dua kelas XI IPA di SMA Negeri 12 Semarang, masing-masing 32 siswa. Kelas eksperimen menggunakan model PBL, sementara kelas kontrol menggunakan pembelajaran konvensional. Instrumen yang digunakan berupa tes uraian berdasarkan kerangka framework Erduran untuk mengukur level argumentasi ilmiah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat pengaruh pada penerapan model PBL terhadap peningkatan keterampilan argumentasi ilmiah siswa. Siswa pada kelas eksperimen menunjukkan peningkatan pada skor post-test serta pada level argumentasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan kelas kontrol. Dengan demikian, model PBL efektif diterapkan dalam pembelajaran kimia untuk melatih kemampuan berpikir kritis dan argumenatif siswa.