Bu çalışmanın amacı, onbirinci sınıf öğrencilerinin matematiksel düşünme becerilerini belirlemek ve matematiksel düşünme becerileri ile matematiğe yönelik tutumları ve başarıları arasındaki ilişkiyi araştırmaktır. Çalışmada matematiksel düşünme puanlarının cinsiyet, yaş ve devam edilen okullara göre farklılık gösterip göstermediği de incelenmiştir. Araştırmanın dayandığı teorik çerçeveye göre matematiksel düşünmenin alt boyutları genelleme, tümevarım, tümdengelim, mantıksal düşünme, sembollerin kullanımı ve matematiksel ispat şeklindedir. Araştırma nitel ve nicel araştırma yöntemlerinin karması olan bir modele sahiptir. Araştırmanın katılımcıları batı Anadolu'da onbirinci sınıfa devam eden 278 öğrenciden oluşmuştur. Veri toplama aracı olarak 12 sorudan oluşan matematiksel düşünme testi ve 25 sorudan oluşan matematik tutum ölçeği kullanılmıştır. Öğrencilerin liseye giriş puanı, birinci dönem matematik başarı puanı, yaşı, cinsiyeti bilgilerini toplamak için de ayrı bir anket hazırlanmış ve veri toplama araçlarına eklenmiştir. Araştırma sonucunda, öğrencilerin matematiksel düşünme testinden ve matematiğe yönelik tutum ölçeğinden oldukça yüksek puanlar aldıkları görülmüştür. Matematiksel düşünme testinden alınan puanlar ile matematiğe yönelik tutum puanları arasındaki pozitif yönde ve anlamlı bir ilişki bulunmuştur. Matematiksel düşünme ile başarı ve liseye giriş puanları arasında pozitif yönde ve anlamlı bir ilişki bulunmuştur. Matematiksel düşünme puanları cinsiyete göre anlamlı bir farklılık göstermemiştir. Matematiksel düşünme puanları öğrencilerin devam ettikleri okullara göre farklılaşmış; öğrencilerin yaş gruplarına göre farklılık göstermemiştir. Çalışma sonunda öğrencilerde matematiksel düşünmenin geliştirilmesinde matematiğe yönelik olumlu tutumların önemli olabileceği sonucuna ulaşılmış ve gelecek araştırmalarda ele alınabilecekler konusunda önerilerde bulunulmuştur.