Jde o jednu z nejnáročnějších forem učení, kdy se člověk bez hotového návodu postupně dopracuje k odhalení vztahů mezi jevy nebo pojmy a odvodí princip, podle něhož do sebe jednotlivé části zapadají jako celek. Samotná situace řešení problému je zároveň významným předmětem zkoumání v psychologii myšlení a v kognitivních vědách, protože ukazuje, jak lidé formulují cíle, vytvářejí hypotézy a testují je. Typické jsou úlohy, v nichž je třeba přijít na skrytý princip skládanky nebo najít pravidlo, které uspořádá zdánlivě neuspořádané informace. Řešitel si volí postup, někdy striktně krokový algoritmus, jindy spíše heuristiku, a pokud je výsledek nejistý, průběžně upravuje strategii podle zpětné vazby z pokusů a chyb. Klíčovou podmínkou je schopnost rozlišit podstatné znaky od nepodstatných, protože právě jemné rozlišování umožňuje následné odlišování kategorií, spolehlivou identifikaci a třídění. Významnou roli hraje i metakognice, tedy schopnost sledovat vlastní postup, včas ho korigovat a učit se z neúspěšných kroků.