Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui adanya pengaruh dan menjelaskan pengaruh penggunaan model Project Based Learning terintegrasi STEM (PjBL-STEM) terhadap kemampuan berpikir tingkat tinggi siswa KELAS XI MIPA di SMAN 3 Surakarta tahun pelajaran 2018/2019 pada materi Asam dan Basa. Penelitian ini menggunakan metode penelitian quasy eksperiment dengan two group post test only design. Subyek pada penelitian ini adalah siswa kelas XI MIPA 4 dan XI MIPA 5 SMA Negeri 3 Surakarta tahun pelajaran 2018/2019. Data dikumpulkan melalui pemberian tes two-tier multiple choice. Data dianalisis dengan uji-t pihak kanan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat pengaruh lebih baik model PjBL-STEM terhadap kemampuan berpikir tingkat tinggi daripada model PjBL yang ditunjukkan dengan hasil uji-t pihak kanan yang diperoleh harga  t hitung = 3,428 dan harga t tabel = 2.000. Jadi, t hitung> t tabel. Keputusan uji adalah H₀ ditolak dan diperoleh kesimpulan penggunaan model pembelajaran PjBL-STEM berpengaruh lebih baik dari model PjBL terhadap kemampuan berpikir tingkat tinggi siswa. Hal ini didukung dengan rata-rata nilai kemampuan berpikir tingkat tinggi kelas PjBL-STEM sebesar 70,09 dan kelas PjBL hanya sebesar 60,09.