自下而上的加工過程是對感覺訊息的分析，它從感受器開始，逐步向上建構更複雜的表徵。它是數據驅動的：刺激物中存在的特徵決定了感知結果。

在視覺中，感光細胞偵測光強度和波長；後續階段擷取邊緣、方向、運動訊息，最終辨識物體。在聽覺中，毛細胞對頻率和強度做出反應；更高級的聽覺處理單元會建構音色、方位和語音。由下而上的處理過程是自動且快速的。即使觀察者沒有任何預期或刺激物陌生，它也能正常運作。

純粹的自下而上加工是一種理想化。在真實的感知中，自上而下的影響——知識、情境和注意力——不斷地與輸入資料互動。然而，這種區分仍然有用。即使我們知道其中的奧秘，那些依然存在的錯覺揭示了自下而上機制的力量；識別退化或意外物體的能力則揭示了自上而下知識的貢獻。

自下而上的處理是神經系統對到達感官的原始能量進行理解的第一步。