Przetwarzanie równoległe to zdolność mózgu do jednoczesnego przetwarzania wielu aspektów bodźca. Różne cechy są analizowane jednocześnie, a nie jedna po drugiej.

W wizji kolor, ruch, forma i głębia są wydobywane przez oddzielne ścieżki, które działają równolegle i następnie łączą się w jednolitą percepcję. Ta sama zasada występuje w innych dziedzinach: podczas słuchania mowy analiza akustyczna, fonetyczna i semantyczna przebiega równolegle; podczas wykonywania czynności wymagających wprawy wiele grup mięśni jest koordynowanych jednocześnie. Przetwarzanie równoległe umożliwia szybkie i efektywne przetwarzanie złożonych danych wejściowych, które byłoby niemożliwie powolne, gdyby każdy krok był wykonywany ściśle sekwencyjnie.

Problem wiązania – w jaki sposób oddzielnie przetwarzane cechy są rekombinowane w spójne obiekty – pozostaje aktywnym pytaniem badawczym. Uwaga i zsynchronizowana aktywność neuronalna to wiodące kandydatki na mechanizm wiązania. Zaburzenia, które zakłócają przetwarzanie równoległe, mogą sprawić, że dana osoba będzie w stanie wykryć poszczególne cechy, ale nie będzie w stanie ich zintegrować.

Bogactwo zwyczajnej percepcji zależy od wielu analiz przeprowadzanych jednocześnie.