Les détecteurs de caractéristiques sont des neurones spécialisés du cortex visuel qui réagissent sélectivement à des caractéristiques spécifiques d'un stimulus : des contours d'une orientation particulière, un mouvement dans une certaine direction ou des angles d'une taille donnée.

David Hubel et Torsten Wiesel ont découvert ces cellules dans le cortex visuel primaire des chats et des singes. Les cellules simples réagissent de manière optimale à une barre lumineuse d'orientation et d'emplacement précis ; les cellules complexes réagissent à la même orientation sur une zone plus étendue et souvent au mouvement. Les étapes ultérieures de la voie visuelle contiennent des détecteurs pour des caractéristiques plus élaborées, comme les visages et les objets. Cette organisation hiérarchique permet au système de construire des représentations complexes à partir de caractéristiques élémentaires.

La détection de caractéristiques ne se limite pas à la vision. Des cellules spécialisées analogues existent dans les cortex auditif et somatosensoriel. Ce concept a permis de faire évoluer les théories de la perception, passant de modèles holistiques à une approche plus analytique et modulaire. Des travaux ultérieurs ont montré que le contexte et les influences descendantes modulent également les réponses des détecteurs de caractéristiques, même les plus précoces.

Lorsque le système visuel détecte un bord vertical ou un contour en mouvement, les détecteurs de caractéristiques sont les premières cellules à le signaler.