المعالجة المتوازية هي قدرة الدماغ على معالجة جوانب متعددة من المحفز في وقت واحد. يتم تحليل السمات المختلفة في الوقت نفسه بدلاً من تحليلها واحدة تلو الأخرى.

في مجال الإبصار، تُستخلص عناصر اللون والحركة والشكل والعمق عبر مسارات عصبية منفصلة تعمل بالتزامن، ثم تُدمج لاحقًا في إدراك موحد. ويظهر المبدأ نفسه في مجالات أخرى: فعند الاستماع إلى الكلام، تتكشف التحليلات الصوتية والنطقية والدلالية بالتوازي؛ وعند أداء حركة ماهرة، تُنسق مجموعات عضلية متعددة في آن واحد. وتتيح المعالجة المتوازية التعامل السريع والفعال مع المدخلات المعقدة التي ستكون بطيئة للغاية لو كانت كل خطوة متسلسلة بدقة.

لا تزال مشكلة الربط - أي كيفية إعادة دمج السمات المعالجة بشكل منفصل لتكوين كيانات متماسكة - سؤالًا بحثيًا نشطًا. ويُعدّ الانتباه والنشاط العصبي المتزامن من أبرز المرشحين لآلية الربط. وقد تؤدي الاضطرابات التي تُعطّل المعالجة المتوازية إلى قدرة الشخص على تمييز السمات الفردية، ولكنه يعجز عن دمجها.

يعتمد ثراء الإدراك العادي على إجراء العديد من التحليلات في وقت واحد.