Pemrosesan kalimat adalah cabang psikolinguistik yang mempelajari bagaimana pikiran memahami hubungan antara kata-kata dalam sebuah kalimat dan memperoleh makna dari ucapan. Pendekatan pemrosesan kalimat berbeda berdasarkan pemahaman mereka tentang peran fungsi kognitif umum, yang bertentangan dengan fungsi linguistik khusus, dalam menggunakan bahasa. Mereka juga dapat bervariasi dalam apakah perhatian utama mereka adalah dengan sintaks atau dengan konteks kalimat yang lebih luas.
Sumber kontroversi besar di bidang psikolinguistik adalah perdebatan sejauh mana berbagai aspek kognisi terlibat dalam penggunaan bahasa. Beberapa ahli bahasa melangkah lebih jauh dengan mendalilkan “kotak hitam” dalam pikiran yang bertanggung jawab atas semua pengetahuan dan keterampilan linguistik, terpisah dari jenis pemikiran lainnya. Lainnya, seperti pendukung semantik kognitif, melihat bahasa lebih dekat hubungannya dengan fungsi kognitif umum, terutama memori.
Khususnya di bidang pemrosesan kalimat, para peneliti cenderung terbagi antara dua kubu ini. Beberapa akan cenderung fokus pada sifat kognisi ekstralinguistik, seperti memori kerja verbal, untuk menjelaskan pemrosesan kalimat. Para peneliti ini juga dapat menangani faktor-faktor di luar pikiran sama sekali. Mereka mungkin, misalnya, berteori bahwa kesulitan memahami sebuah kalimat sesuai dengan seberapa mirip kalimat itu dalam sintaksis atau konten dengan kalimat lain yang pernah ditemui orang tersebut sebelumnya.
Ahli teori bahasa alami, di sisi lain, percaya bahwa ada area tertentu di otak yang secara khusus dikhususkan untuk memahami sintaksis kalimat yang belum pernah ditemui pendengar sebelumnya. Sebagian besar penelitian dalam pemrosesan kalimat yang dilakukan oleh para ahli teori ini melibatkan mempelajari bagaimana pikiran membuat penyesuaian saat membaca kalimat untuk memahami konten sintaksis dan semantiknya, terutama jika ada semacam ambiguitas. Menurut teori ini, pemrosesan kalimat tidak mungkin secara langsung terkait dengan ingatan penguraian kalimat serupa di masa lalu, tetapi itu akan memanfaatkan kemampuan bawaan pikiran untuk memahami sintaksis.
Salah satu teori berpengaruh dalam bahasa alami dikenal sebagai pemrosesan minimal, yang menyatakan bahwa pikiran secara otomatis mengasumsikan bahwa kalimat akan mengikuti struktur yang paling sederhana sampai sesuatu dalam kalimat membuktikan sebaliknya. Misalnya, dua kalimat “Saya melihat gajah” dan “Saya melihat gajah sedang menari” dimulai dengan cara yang sama. Kalimat pertama mengikuti struktur subjek-kata kerja-objek langsung yang sangat mendasar, tetapi kalimat kedua menggunakan klausa sebagai pengganti objek langsung. Seseorang yang membaca atau mendengar kalimat kedua akan berasumsi bahwa kalimat tersebut mengikuti pola yang lebih sederhana hingga sampai pada frasa “was dancing”, yang akan menyebabkan dia mengevaluasi struktur kalimat. Akan tetapi, orang ini tidak akan menemukan kalimat pertama dan berasumsi bahwa kalimat itu akan memiliki klausa terpisah sebagai objek langsungnya karena struktur seperti itu lebih kompleks.
Sebuah teori yang berbeda tetapi terkait, teori penutupan akhir, menyatakan bahwa daripada mengasumsikan struktur sederhana untuk memulai, pikiran tidak membuat asumsi tentang sintaks kalimat sampai setelah seluruh kalimat telah dibaca. Mengingat contoh kalimat di atas, misalnya, teori ini mendalilkan bahwa pembaca tidak akan sampai pada kesimpulan tentang apakah “gajah” adalah objek langsung atau apa pun sampai akhir kalimat. Ini akan menghilangkan kebutuhan untuk mengevaluasi kembali kalimat di tengah jalan.