Abstrak: Pengorganisasian dan penyampaian isi bahan ajar dalam bentuk buku tidak terstuktur dengan baik serta materi pembelajaran banyak yang bersifat abstrak dan rumit yang menyebabkan peserta didik malas untuk membaca apalagi mempelajarinya. Bahan ajar yang cukup efektif untuk meningkatkan hasil belajar adalah modul. Penelitian ini memaparkan hasil penerapan modul pembelajaran Predict-Observe-Explain (POE) pada topik suhu dan kalor. Penelitian menggunakan metode kuasi eksperimen dengan rancangan One Group Pretest-Posttest Design. Pengambilan sampel dilakukan dengan teknik cluster random sampling. Instrumen penelitian yang digunakan adalah tes uraian tertulis, lembar aktivitas peserta didik, dan angket. Analisis data dilakukan dengan menggunakan rerata gain ternormalisasi dan presentase. Hasil penelitian mengungkapkan bahwa penerapan modul pembelajaran POE pada topik suhu dan kalor dapat meningkatkan hasil belajar kognitif peserta didik yakni nilai gain 0.85 (kategori tinggi). Data pendukung dari penelitian ini adalah rerata persentase aktivitas belajar peserta didik dalam mempelajari fisika topik suhu dan kalor menunjukan kategori sangat baik, sementara respon peserta didik terhadap penerapan modul pembelajaran POE adalah positif. Secara keseluruhan modul pembelajaran POE pada topik suhu dan kalor terbukti praktis dan efektif untuk digunakan.