Le traitement ascendant est l'analyse des informations sensorielles qui part des récepteurs et remonte vers des représentations plus complexes. Il est guidé par les données : les caractéristiques présentes dans le stimulus déterminent la perception.

En vision, les photorécepteurs détectent l'intensité et la longueur d'onde de la lumière ; les étapes suivantes permettent d'identifier les contours, l'orientation, le mouvement et, finalement, l'objet. En audition, les cellules ciliées réagissent à la fréquence et à l'intensité ; les niveaux supérieurs du système nerveux permettent de reconstituer le timbre, la localisation et la parole. Le traitement ascendant est automatique et rapide. Il fonctionne même lorsque l'observateur n'a aucune attente ou lorsque le stimulus est inconnu.

Le traitement purement ascendant est une idéalisation. Dans la perception réelle, les influences descendantes — connaissances, contexte et attention — interagissent constamment avec les données entrantes. Cette distinction reste néanmoins utile. Les illusions qui persistent même lorsque nous en connaissons le mécanisme révèlent la puissance des mécanismes ascendants ; la capacité à reconnaître un objet dégradé ou inattendu révèle l’apport des connaissances descendantes.

Le traitement ascendant correspond à la première étape de la prise de conscience, par le système nerveux, de l'énergie brute qui parvient aux sens.