O processamento paralelo é a capacidade do cérebro de processar vários aspetos de um estímulo em simultâneo. Diferentes características são analisadas ao mesmo tempo, em vez de uma após a outra.

Na visão, a cor, o movimento, a forma e a profundidade são extraídos por vias distintas que operam simultaneamente e são posteriormente integradas numa perceção unificada. O mesmo princípio repete-se noutros domínios: ao ouvir a fala, as análises acústica, fonética e semântica desenrolam-se em paralelo; ao executar uma ação que exige habilidade, são coordenados múltiplos grupos musculares ao mesmo tempo. O processamento paralelo permite o manuseamento rápido e eficiente de informação complexa, o que seria impossivelmente lento se cada passo fosse estritamente sequencial.

O problema da integração — como as características processadas separadamente são recombinadas em objetos coerentes — permanece uma questão de investigação ativa. A atenção e a atividade neural sincronizada são os principais candidatos para o mecanismo de integração. As perturbações que interrompem o processamento paralelo podem deixar uma pessoa capaz de detetar características individuais, mas incapaz de as integrar.

A riqueza da percepção comum depende de muitas análises que ocorrem simultaneamente.