Penelitian ini bertujuan untuk mengatasi miskonsepsi pada materi reduksi oksidasi dan sel elektrokimia dengan analisis model mental melalui pembelajaran learning cycle 5E (Engage, Explore, Explain, Elaborate, dan Evaluate). Penelitian dilaksanakan pada semester ganjil tahun akademik 2017/2018 dan melibatkan 36 siswa kelas XII MIPA 3 SMA Negeri 93 Jakarta. Penelitian ini dilakukan melalui metode penelitian tindakan kelas model Kemmis dan Mc Taggart (1998) yang terdiri dari 4 komponen, yaitu: (1) Perencanaan (planning), (2) Tindakan (acting), (3) Pengamatan (observing), dan (4) Refleksi. Penelitian dilaksanakan dengan tiga siklus. Data diperoleh dari hasil wawancara, observasi kelas, refleksi siswa, pertanyaan terbuka dan instrumen tes two tier dan esai. Analisis data dilakukan melalui analisis data kualitatif melali proses reduksi data, koding dan kategori untuk menggambarkan perubahan miskonsepsi siswa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa siswa mengalami miskonsepsi pada konsep reduksi oksidasi dan sel elektrokimia. Pada siklus 1, miskonsepsi teridentifikasi pada tahap explore dan terjadi perubahan konsep pada pada tahap elaborate. Miskonsepsi yang diperoleh pada konsep reaksi reduksi oksidasi meliputi: (1) reduktor adalah zat yang mengalami reduksi dan oksidator adalah zat yang mengalami oksidasi, dan (2) penyetaraan reaksi dalam lingkungan basa penambahan H2O di ruas yang kekurangan oksigen. Pada siklus 2, miskonsepsi teridentifikasi pada tahap engage dan terjadi perubahan konsep pada tahap explain. Miskonsepsi yang terjadi pada konsep sel volta meliputi: (1) membuat rangkaian sel volta hanya dua gelas kimia dihubungkan dengan jembatan garam, (2) elektron mengalir melalui jembatan garam, (3) muatan pada katoda dan anoda, (4) menuliskan notasi sel volta. Pada siklus 3, miskonsepsi teridentifikasi pada tahap engage dan terjadi perubahan konsep pada tahap explain. Miskonsepsi yang terjadi pada konsep sel elektrolisis meliputi: (1) menuliskan reaksi reduksi oksidasi pada katoda dan anoda, (2) elektrolisis menggunakan elektroda inert dan logam aktif, (3) menentukan masa ekivalen pada perhitungan elektrolisis. Model pembelajaran 5E telah memfasilitasi siswa untuk mengubah miskonsepsi yang dialami melalui proses konflik kognitif terhadap pemahaman sebelumnya. Dengan demikian model pembelajaran 5E melalui analisis model mental dapat digunakan untuk mengatasi miskonsepsi pada pembelajaran kimia khususnya materi reduksi oksidasi dan sel elektrokimia.