Przetwarzanie zdań to gałąź psycholingwistyki, która bada, w jaki sposób umysł rozumie relacje między słowami w zdaniu i czerpie znaczenie z wypowiedzi. Podejścia do przetwarzania zdań różnią się w zależności od rozumienia roli ogólnych funkcji poznawczych, w przeciwieństwie do specjalistycznych funkcji językowych, w posługiwaniu się językiem. Mogą również różnić się tym, czy ich głównym celem jest składnia, czy szerszy kontekst zdania.
Dużym źródłem kontrowersji w dziedzinie psycholingwistyki jest debata na temat tego, w jakim stopniu różne aspekty poznania są zaangażowane w użycie języka. Niektórzy lingwiści posuwają się tak daleko, że postulują „czarną skrzynkę” w umyśle, która jest odpowiedzialna za całą wiedzę i umiejętności językowe, oddzieloną od jakiegokolwiek innego rodzaju myślenia. Inni, tacy jak zwolennicy semantyki kognitywnej, postrzegają język jako ściślej związany z ogólnymi funkcjami poznawczymi, zwłaszcza pamięcią.
Zwłaszcza w dziedzinie przetwarzania zdań badacze są podzieleni między te dwa obozy. Niektórzy będą koncentrować się na pozajęzykowych właściwościach poznania, takich jak werbalna pamięć robocza, aby wyjaśnić przetwarzanie zdań. Badacze ci mogą również zajmować się całkowicie czynnikami zewnętrznymi w stosunku do umysłu. Mogą na przykład teoretyzować, że trudność w zrozumieniu zdania odpowiada temu, jak zdanie jest podobne pod względem składni lub treści do innych zdań, z którymi dana osoba spotkała się wcześniej.
Z drugiej strony teoretycy języka naturalnego uważają, że istnieją określone obszary mózgu, które są specjalnie poświęcone zrozumieniu składni zdań, z którymi słuchacz nigdy wcześniej się nie spotkał. Wiele badań nad przetwarzaniem zdań przeprowadzonych przez tych teoretyków polega na badaniu, w jaki sposób umysł dokonuje korekt podczas czytania zdania, aby nadać sens jego treści składniowej i semantycznej, zwłaszcza jeśli istnieje jakaś niejednoznaczność. Zgodnie z tą teorią przetwarzanie zdań prawdopodobnie nie będzie bezpośrednio związane ze wspomnieniami rozszyfrowywania podobnych zdań w przeszłości, ale będzie czerpać z wrodzonej zdolności umysłu do rozumienia składni.
Jedna z wpływowych teorii w języku naturalnym jest znana jako minimalne przetwarzanie, która mówi, że umysł automatycznie zakłada, że zdanie będzie miało najprostszą możliwą strukturę, dopóki coś w zdaniu nie dowodzi inaczej. Na przykład dwa zdania „Widziałem słonia” i „Widziałem, że słoń tańczył” zaczynają się w ten sam sposób. Pierwsze zdanie ma bardzo podstawową strukturę podmiot-czasownik-dopełnienie bliższe, ale w drugim używa się zdania zamiast dopełnienia bliższego. Osoba czytająca lub słysząca drugie zdanie zakładałaby, że przebiega ono według prostszego schematu, aż dojdzie do wyrażenia „tańczył”, co skłoniłoby go do oceny struktury zdania. Osoba ta nie napotkałaby jednak pierwszego zdania i założyłaby, że miałaby ona jako dopełnienie osobną osobną klauzulę, ponieważ taka struktura jest bardziej złożona.
Inna, ale pokrewna teoria, teoria późnego zamknięcia, stwierdza, że zamiast zakładać prostą strukturę na początku, umysł nie przyjmuje żadnych założeń dotyczących składni zdania, dopóki całe zdanie nie zostanie przeczytane. Biorąc pod uwagę przykładowe zdania powyżej, teoria ta postuluje, że czytelnik nie dojdzie do żadnych wniosków na temat tego, czy „słoń” jest obiektem bezpośrednim, czy czymkolwiek innym, aż do końca zdania. Wyeliminowałoby to potrzebę ponownej oceny zdania w połowie.