A párhuzamos feldolgozás az agy azon képessége, hogy egy inger számos aspektusát egyszerre dolgozza fel. A különböző jellemzőket egyszerre elemzi, nem pedig egymás után.

A látás során a színt, a mozgást, a formát és a mélységet különálló, egyidejűleg működő pályák érzékelik, amelyek később egységes érzékeléssé kapcsolódnak össze. Ugyanez az elv más területeken is megfigyelhető: beszéd hallgatásakor az akusztikus, fonetikai és szemantikai elemzések párhuzamosan zajlanak; egy képzett cselekvés végrehajtásakor több izomcsoport koordinálódik egyszerre. A párhuzamos feldolgozás lehetővé teszi az összetett bemenetek gyors és hatékony feldolgozását, ami hihetetlenül lassú lenne, ha minden lépés szigorúan egymást követő lenne.

A kötődési probléma – hogy a külön feldolgozott jellemzők hogyan épülnek újra koherens objektumokká – továbbra is aktív kutatási kérdés. A figyelem és a szinkronizált idegi aktivitás a kötődési mechanizmus fő jelöltjei. A párhuzamos feldolgozást megzavaró rendellenességek azt eredményezhetik, hogy egy személy képes az egyes jellemzők észlelésére, de nem képes azokat integrálni.

A hétköznapi érzékelés gazdagsága számos, egyszerre futó elemzéstől függ.