समानांतर प्रसंस्करण मस्तिष्क की वह क्षमता है जिसके द्वारा वह किसी उद्दीपन के कई पहलुओं को एक साथ संसाधित कर सकता है। इसमें विभिन्न विशेषताओं का विश्लेषण एक के बाद एक करने के बजाय एक ही समय में किया जाता है।

दृष्टि में, रंग, गति, आकार और गहराई को अलग-अलग प्रक्रियाओं द्वारा एक साथ समझा जाता है और बाद में एक एकीकृत अनुभूति में संयोजित किया जाता है। यही सिद्धांत अन्य क्षेत्रों में भी लागू होता है: जब हम भाषण सुनते हैं, तो ध्वनिक, ध्वन्यात्मक और अर्थ संबंधी विश्लेषण समानांतर रूप से होते हैं; जब हम कोई कुशल क्रिया करते हैं, तो कई मांसपेशी समूह एक साथ समन्वित होते हैं। समानांतर प्रसंस्करण जटिल इनपुट को तेजी से और कुशलता से संभालने में सक्षम बनाता है, जो कि यदि प्रत्येक चरण सख्ती से अनुक्रमिक होता तो असंभव रूप से धीमा होता।

संयोजन की समस्या—यानी अलग-अलग संसाधित विशेषताओं को सुसंगत वस्तुओं में कैसे पुनर्संयोजित किया जाता है—अभी भी एक सक्रिय शोध प्रश्न बना हुआ है। ध्यान और समन्वित तंत्रिका गतिविधि संयोजन तंत्र के लिए प्रमुख संभावित कारक हैं। समानांतर प्रसंस्करण को बाधित करने वाले विकार किसी व्यक्ति को व्यक्तिगत विशेषताओं का पता लगाने में सक्षम बना सकते हैं, लेकिन उन्हें एकीकृत करने में असमर्थ।

सामान्य धारणा की समृद्धि एक साथ चल रहे कई विश्लेषणों पर निर्भर करती है।