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O pensamento e raciocínio animal sempre foi um tópico controverso porque é difícil de provar. Darwin pensava que animais, como humanos, precisam encontrar parceiros, comida e um caminho através de seu ambiente, como florestas, ar ou água. Ele acreditava que eram necessárias habilidades de resolução de problemas para realizar essas tarefas. Chimpanzés, golfinhos, pássaros e cães foram todos estudados, e testes mostram que animais têm a capacidade de pensar e raciocinar. Estudos futuros em animais podem vir de MRI ou Pet Scans. Estudos de padrões cerebrais podem prever com mais certeza a capacidade de pensar e raciocinar.
A observação de primatas mostrou que eles têm a capacidade de usar uma variedade de ferramentas para procurar montes de cupins e fazer armas para matar pequenos animais. Chimpanzés foram observados em seu habitat natural estrategizando com outros chimpanzés para buscar presas. Macacos também têm a capacidade de aprender e usar linguagem de sinais e símbolos para se comunicar.
Golfinhos nariz-de-garrafa têm cérebros grandes, segundos apenas aos humanos. Pesquisadores compararam os cérebros de primatas e golfinhos e encontraram paralelos na inteligência. Golfinhos parecem ter habilidades complexas de comunicação. Houve extensa pesquisa em golfinhos e sua capacidade de imitar posturas humanas. Quando golfinhos receberam uma escolha de duas respostas possíveis, eles mostraram hesitação quando inseguros. Se o golfinho estava certo da resposta, ia direto para aquela escolha. A hesitação mostrou aos pesquisadores habilidades de raciocínio.
Pássaros variam muito em inteligência. Papagaios têm a capacidade de falar e imitar palavras. Eles também têm a capacidade de distinguir cor, formas, tamanho e materiais. Papagaios mostraram sinais de distanciamento e depressão. Segundo a National Geographic de março de 2008, gralhas-azuis (scrub jays) sabem que outras gralhas roubarão e que comida armazenada estraga.
Cães são capazes de entender muitas formas de comunicação, como sinais manuais, comandos verbais e expressões faciais. Muitas raças são treinadas como cães de terapia devido à capacidade de sentir as necessidades dos humanos. Alguns são capazes de prever quando uma convulsão está chegando em algumas pessoas e reagir com um alerta. Donos de animais poderiam citar numerosos exemplos de pensamento canino, como abrir uma porta, salvar uma criança se afogando e acordar uma família em um incêndio.