Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan keterampilan argumentasi calon guru kimia melalui pembelajaran nanosains dan nanoteknologi dengan pendekatan socio critical and problem oriented. Penulis menemukan masalah utama adalah mahasiswa calon guru cenderung pasif dan proses pembelajaran tidak melibatkan siswa dalam berargumentasi. Penelitian kualitatif ini dilakukan pada 32 mahasiswa calon guru. Pengumpulan data yang digunakan adalah wawancara, observasi, lembar kerja mahasiswa, jurnal reflektif, dan soal tes keterampilan berpikir tingkat tinggi (HOTS). Hasil penelitian menunjukkan bahwa mahasiswa calon guru terlibat dan termotivasi dalam pengalaman pembelajaran nanosains dan nanoteknologi yang bermakna dan keterampilan argumentasi mahasiswa calon guru sudah muncul dan berkembang dengan baik selama proses pembelajaran yaitu mampu memberikan claim dan data, dan beberapa warrants, qualifier dan rebuttal pada argumen yang diberikannya. Pemahaman konsep nanosains seperti karakteristik unik, sifat fisik, sifat kimia nanomaterial dan aplikasi nanosains dan nanoteknologi sudah baik. Pada akhirnya, implikasi pembelajaran tersebut telah memberikan peluang bagi siswa untuk mengembangkan keterampilan argumentasi mereka dan memberikan pengalaman pembelajaran yang dapat diimplementasikan pada kelas sains selanjutnya.