Главное отличие - мысленные эксперимент - бесплатный, а реальный - довольно(а иногда и очень, очень) дорогой. Еще в реальном эксперименте мы промеряем реальные зависимости, которые были установлены истинными законами природы. А мысленный эксперимент основывается на некоторых постулатах теории и, быть может, уже известных экспериментальных фактах.
А собственно зачем он был придумать? Рассмотрим два примера:
Первый: Известнейший эксперимент Шрёдингера с Котом. Он был придуман для иллюстарции одного из принципов квантовой механики.
Второй давайте сами поставим. Допустим мы знаем, что у нас угол падения от гладкой поверхности равен углу отражения. Давайте тогда рассмотрим шероховатую поверность(для знатоков - размеры шероховатостей много меньше размера пластинки и много больше длины волны).Мысленно рассмастривая падение каждого луча из пучка на поверхность и зная факт про отражение, мы придем к выводу, что четкий пучок света рассеится на шероховатой пластинке. Таким образом мы использовав некоторый факт получили некоторый вывод о каком-либо явлении, причем бесплатно:).
Надеюсь внес ясность:).