並行處理是指大腦同時處理刺激物多個方面的能力。不同的特徵會被同時分析，而不是依序分析。

在視覺中，顏色、運動、形狀和深度資訊由不同的通路同時擷取，​​最終整合為統一的感知。同樣的原則也出現在其他領域：聽語音時，聲學、語音和語義分析並行進行；執行熟練動作時，多個肌肉群同時協調運作。並行處理使得處理複雜資訊變得快速高效，而如果每個步驟都嚴格按順序進行，處理速度將極其緩慢。

整合問題——即如何將分別處理的特徵重新組合成連貫的整體——仍然是一個活躍的研究主題。注意力和同步神經活動是整合機制的主要候選者。幹擾並行處理的疾病會導致患者能夠識別單一特徵，但卻無法將它們整合起來。

普通感知的豐富性取決於多種分析同時進行。