Pemrosesan paralel adalah kemampuan otak untuk memproses banyak aspek dari suatu stimulus secara bersamaan. Fitur-fitur yang berbeda dianalisis pada waktu yang sama, bukan satu per satu.

Dalam penglihatan, warna, gerakan, bentuk, dan kedalaman diekstraksi oleh jalur terpisah yang beroperasi secara bersamaan dan kemudian digabungkan menjadi persepsi yang terpadu. Prinsip yang sama muncul di domain lain: saat mendengarkan ucapan, analisis akustik, fonetik, dan semantik berlangsung secara paralel; saat melakukan tindakan terampil, beberapa kelompok otot dikoordinasikan sekaligus. Pemrosesan paralel memungkinkan penanganan input kompleks yang cepat dan efisien yang akan sangat lambat jika setiap langkah dilakukan secara berurutan.

Masalah penggabungan—bagaimana fitur-fitur yang diproses secara terpisah digabungkan kembali menjadi objek yang koheren—tetap menjadi pertanyaan penelitian yang aktif. Perhatian dan aktivitas saraf yang tersinkronisasi merupakan kandidat utama untuk mekanisme penggabungan tersebut. Gangguan yang mengganggu pemrosesan paralel dapat menyebabkan seseorang mampu mendeteksi fitur-fitur individual namun tidak mampu mengintegrasikannya.

Kekayaan persepsi sehari-hari bergantung pada banyak analisis yang berjalan secara bersamaan.