謎題的每一種可能狀態以及狀態之間所有合法的轉換步驟共同構成了問題空間。它是對問題的心理或形式化表徵，包括初始狀態、目標狀態以及將一種狀態轉換為另一種狀態的操作符。

紐厄爾和西蒙在分析人類問題解決能力時引入了這個概念。問題空間內的搜尋可以是窮舉式的，也可以是啟發式方法引導的，後者可以減少考慮的路徑數。空間的大小和結構決定了問題的難度。專家能夠透過識別有希望的方向來有效地縮小搜尋範圍；而新手往往會進行無效的探索。

定義明確的問題具有清晰界定的空間；定義不明確的問題則需要解算者自行建構空間。理解問題空間有助於設計教學、決策輔助工具和人工智慧搜尋演算法。問題的框架決定了解決方案出現的邊界。

• 問題中狀態和算子的表示
• 包括初始狀態、目標和合法行動
• 搜尋可以是系統性的，也可以是啟發式的。
• 專業知識會縮小有效搜尋空間