Mọi trạng thái có thể có của một câu đố và mọi nước đi hợp lệ giữa các trạng thái cùng nhau tạo nên không gian vấn đề. Đó là sự biểu diễn tinh thần hoặc hình thức của một vấn đề bao gồm trạng thái ban đầu, trạng thái mục tiêu và các toán tử biến đổi trạng thái này thành trạng thái khác.

Newell và Simon đã giới thiệu khái niệm này trong phân tích về khả năng giải quyết vấn đề của con người. Việc tìm kiếm trong không gian vấn đề có thể được thực hiện một cách toàn diện hoặc được hướng dẫn bởi các quy tắc kinh nghiệm nhằm giảm số lượng các hướng đi được xem xét. Kích thước và cấu trúc của không gian quyết định độ khó. Các chuyên gia sẽ tinh chỉnh không gian một cách hiệu quả bằng cách nhận ra những hướng đi đầy hứa hẹn; người mới bắt đầu thường khám phá một cách không hiệu quả.

Các vấn đề được định nghĩa rõ ràng có không gian xác định cụ thể; các vấn đề không được định nghĩa rõ ràng đòi hỏi người giải phải tự xây dựng không gian đó. Hiểu rõ không gian vấn đề giúp thiết kế hướng dẫn, công cụ hỗ trợ quyết định và thuật toán tìm kiếm trí tuệ nhân tạo. Cách thức đặt ra vấn đề sẽ thiết lập ranh giới mà trong đó các giải pháp có thể xuất hiện.

• Biểu diễn các trạng thái và toán tử trong một bài toán
• Bao gồm tình trạng ban đầu, mục tiêu và các bước pháp lý.
• Việc tìm kiếm có thể mang tính hệ thống hoặc dựa trên kinh nghiệm.
• Kiến thức chuyên môn giúp giảm không gian tìm kiếm hiệu quả.