化學實驗目的的確定是實驗主客體之間的觀念關係向實踐關係轉化的一個必要環節。實驗目的貫徹於實驗主客體相互作用的實踐全過程，最後對象化於實驗活動的結果中。因此，化學實驗必須有明確的、切實可行的目的。確定化學實驗目的是一個理論的邏輯演繹的過程，提出正確的化學實驗目的必須充分發揮理論思維的作用。
(3)明確指導化學實驗設計的理論
化學實驗指導理論是將化學實驗目的與實驗設計二者聯係起來的中間環節。明確了指導理論，實驗設計就有了根據，有了方向。化學實驗者就可以根據這種理論弄清該從什麼方向、通過什麼步驟、采用什麼方法和手段去實現已確定的實驗目的，並可以根據這些理論進一步作出邏輯推理，推斷可能產生的結果，預測可能遇到的困難，事先考慮好克服的辦法。
(4)化學實驗設計中的理論思維
在化學實驗實施之前，要做好化學實驗設計。化學實驗設計是化學實驗目的的具體化的觀念模型。它是化學實驗主體借助理論思維在頭腦中建構的一種觀念性的東西，但它又是具體化了的。這種具體化是指化學實驗目的的具體化，是指實現化學實驗目的的實踐活動過程的具體化。但是這種具體化並不是現實的具體化，而是在觀念中實現的，以文字說明，用化學用語、圖與表等的外表形式感性化地體現在書麵上的，建立這種化學實驗觀念模型的過程本身就是運用理論和理性方法進行積極思維的過程。如對化學實驗所涉及的化學反應原理、參加化學反應的各種物質的性質等要有一定的了解和認識。盡可能估計到在什麼樣的實驗條件下，能發生什麼樣的化學反應以及產生什麼樣的實驗結果。並確定在怎樣的實驗條件下，才能使有關化學反應向著實現化學目的的方向發展。還要根據實驗特點預選實驗方法和手段，甚至對選用儀器的規格、儀器的聯接安裝方式都要仔細考慮。然後，再確定實驗操作的程序和步驟，並在思想上進行“實驗”，這時頭腦中要考慮每一步應怎樣操作，操作方法上應注意些什麼，怎樣進行觀察，如何使實驗過程中的每一環節、每項操作都成為有目的、有計劃的具體活動，從而構成一個有序的聯係的整體。對實驗的每一個細節都作好周密分析、思考之後，才能著手完成化學實驗設計的書麵材料。
化學教學中的實驗設計通常都有可參考的現成的模式，與實驗研究中的設計相比較，在內容和方法上簡單得多，在知識和技術水平上也低得多，因此，比較容易完成。但是，為了滿足教學中的一些特殊要求，教師要正確、適時的引導學生運用理論思維做好化學實驗設計。
(5)化學實驗手段、化學藥品準備中需要理論思維
化學實驗儀器、實驗裝置等的選擇和準備，並不是純物質的活動，也要以理論為指導。從實質上說，化學實驗儀器、裝置和設備(特別是現代化的實驗儀器和設備)是理論和理論方法的物化，它不僅含有大量自然科學知識(如化學的、光學的、電學的和熱學的等方麵的知識)，還包含著諸如分析和綜合、歸納和演繹、抽象、比較和類比等邏輯方法。所以說，化學實驗儀器和裝置是自然科學理論和理性方法外化而形成的實物形態。即使常用的、最簡單的實驗儀器和裝置(如啟普發生器、冷凝器、滴定管等)也無不凝結著一定的理論和邏輯思維方法。
因此，實驗儀器的選擇和組合都要有相應理論知識、理性方法的準備，特別是對那些結構較複雜的現代化、自動化的化學實驗儀器和現代化的測量儀器係統，不僅應該掌握使用方法，還應對它的基本結構、構成原理等有一定了解。
同樣，化學藥品和試劑的準備也要充分發揮理論思維的作用。如果缺乏或忽視理論知識的指導，甚至連最簡單的溶液或溶劑的配製也會違反實驗本身的要求或出現科學性錯誤。這不僅直接關係到實驗的成敗，嚴重的還會有危及人身安全的實驗事故發生。
化學實驗實施階段中的理論思維化學實驗實施中的具體實驗操作，是感性的物質活動過程，其目的在於把蘊涵於化學實驗目的和化學實驗設計中的理論思維，通過物質手段和實驗操作方法，外現於感性的具體實踐活動中。化學實驗主體或實驗觀察者(如學生)則通過實驗觀察從實驗對象的變化中獲得有意義的化學實驗事實。理論思維在實驗觀察、觀察陳述以及實驗操作中始終都起著十分重要的作用。
(1)實驗觀察中的理論思維
①化學實驗觀察中的知覺定勢。
化學實驗實施中，實驗主體(或實驗觀察者)通過感官同實驗對象發生聯係，接受來自實驗對象發出的信息，同時對這些信息進行挑選、加工和翻譯，經過分析綜合，才能獲得感覺信息。實驗的知覺是通過思維活動對感覺信息、感覺材料，進行組織化、秩序化、整體化而形成的直接感性反映形式。我們知道知覺的敏銳性主要依賴於一定的知覺定勢。知覺定勢包括原有的知識、經驗、需要、興趣、情緒、注意以及價值觀念等因素。知覺定勢是整理、組織感覺信息，完成一個知覺過程的準備狀態，對知覺的形成有重要影響。因此，實驗主體或實驗觀察者對某一實驗客體有一定的知識儲備或經驗準備，就能通過觀察在較短的時間內形成該實驗客體的整體知覺；實驗主體或實驗觀察者對實驗的目的愈明確，達到實驗目的的要求愈強烈，也就愈能鮮明地形成實驗對象的知覺；對實驗觀察的興趣愈大，對實驗對象的知覺也就愈敏銳；注意力愈集中，知覺也愈清楚明晰。