Η παράλληλη επεξεργασία είναι η ικανότητα του εγκεφάλου να επεξεργάζεται πολλές πτυχές ενός ερεθίσματος ταυτόχρονα. Διαφορετικά χαρακτηριστικά αναλύονται ταυτόχρονα και όχι το ένα μετά το άλλο.

Στην όραση, το χρώμα, η κίνηση, η μορφή και το βάθος εξάγονται από ξεχωριστές οδούς που λειτουργούν ταυτόχρονα και αργότερα συνδέονται σε μια ενιαία αντίληψη. Η ίδια αρχή εμφανίζεται και σε άλλους τομείς: κατά την ακρόαση ομιλίας, οι ακουστικές, φωνητικές και σημασιολογικές αναλύσεις ξεδιπλώνονται παράλληλα. Κατά την εκτέλεση μιας εξειδικευμένης ενέργειας, πολλαπλές μυϊκές ομάδες συντονίζονται ταυτόχρονα. Η παράλληλη επεξεργασία επιτρέπει τον γρήγορο και αποτελεσματικό χειρισμό σύνθετων εισροών που θα ήταν απίστευτα αργές αν κάθε βήμα ήταν αυστηρά διαδοχικό.

Το πρόβλημα της σύνδεσης — πώς τα ξεχωριστά επεξεργασμένα χαρακτηριστικά ανασυνδυάζονται σε συνεκτικά αντικείμενα — παραμένει ένα ενεργό ερευνητικό ερώτημα. Η προσοχή και η συγχρονισμένη νευρωνική δραστηριότητα είναι οι κύριοι υποψήφιοι για τον μηχανισμό σύνδεσης. Οι διαταραχές που διαταράσσουν την παράλληλη επεξεργασία μπορούν να αφήσουν ένα άτομο ικανό να ανιχνεύσει μεμονωμένα χαρακτηριστικά, αλλά ανίκανο να τα ενσωματώσει.

Ο πλούτος της συνηθισμένης αντίληψης εξαρτάται από πολλές αναλύσεις που εκτελούνται ταυτόχρονα.