Parallelle verwerking is het vermogen van de hersenen om veel aspecten van een stimulus gelijktijdig te verwerken. Verschillende kenmerken worden tegelijkertijd geanalyseerd in plaats van na elkaar.

Bij het zien worden kleur, beweging, vorm en diepte via afzonderlijke paden geëxtraheerd die gelijktijdig werken en later worden samengevoegd tot een uniforme waarneming. Hetzelfde principe is terug te vinden in andere domeinen: bij het luisteren naar spraak ontvouwen zich akoestische, fonetische en semantische analyses parallel; bij het uitvoeren van een vaardigheid worden meerdere spiergroepen tegelijk gecoördineerd. Parallelle verwerking maakt een snelle en efficiënte verwerking van complexe input mogelijk, wat onmogelijk traag zou zijn als elke stap strikt sequentieel zou verlopen.

Het bindingsprobleem – hoe afzonderlijk verwerkte kenmerken worden gecombineerd tot samenhangende objecten – blijft een actueel onderzoeksonderwerp. Aandacht en gesynchroniseerde neurale activiteit zijn belangrijke kandidaten voor dit bindingsmechanisme. Stoornissen die de parallelle verwerking verstoren, kunnen ertoe leiden dat iemand individuele kenmerken wel kan detecteren, maar ze niet kan integreren.

De rijkdom van alledaagse waarneming is afhankelijk van vele analyses die tegelijkertijd plaatsvinden.