Luonnollisella laskennalla tarkoitetaan mitä tahansa tietotekniikkaa, joka käyttää materiaaleja tai luonnon inspiraatiota. Esimerkkejä luonnollisesta tietojenkäsittelystä ovat muutoksiin sopeutuvien keinotekoisten hermoverkkojen kehittäminen ja kvanttitietokoneiden suunnittelu, jotka voivat mahdollisesti olla monta kertaa tehokkaampia kuin nykyiset tietokoneet. Luonnollinen tietojenkäsittely voi myös tarkoittaa keinotekoisten aineiden luomista, jotka jäljittelevät luonnossa olevia aineita.
On olemassa lukuisia laskenta -aloja, jotka käyttävät luonnosta saatuja ideoita tehokkaampien ratkaisujen luomiseen ongelmiin. Joitakin tietokoneita kehitetään myös 21. vuosisadan alussa käyttämään luonnollisia materiaaleja, kuten tiettyjä molekyylejä, nopeampien ja tehokkaampien laskelmien suorittamiseksi. Nämä tekniikat ovat kaikki luonnollisen laskennan muotoja, koska niitä ei olisi olemassa ilman yksityiskohtaista tietoa siitä, miten luonnolliset järjestelmät toimivat.
Luonnollinen tietojenkäsittely voi myös tarkoittaa yrittämistä suunnitella keinotekoisia organismeja, jotka käyttäytyvät luonnossa esiintyvien järjestelmien tavoin. Näitä ovat yritykset rakentaa järjestelmiä, jotka pystyvät suorittamaan prosesseja, kuten geenien säätelyä, mikä on tärkeää elävissä organismeissa. Toinen esimerkki on itsekokoonpano, joka viittaa järjestelmiin, jotka voivat organisoitua epäjärjestyneestä alkutilasta.
Esimerkiksi neuroverkkoja käyttävät usein tietokoneohjelmoijat, jotka haluavat, että ohjelma tulee automaattisesti tehokkaammaksi ajan myötä. Nämä perustuvat rakenteisiin, joita löytyy luonnossa esiintyvistä hermoverkoista, kuten aivojen neuroneista. Käyttämällä luonnollisten hermoverkkojen järjestelmien yksinkertaisia versioita tietokoneohjelmoijat voivat tehdä ohjelmistaan sopeutuvampia uuteen tietoon. Vuodesta 2011 lähtien keinotekoiset hermoverkot eivät ole lähellä luonnossa esiintyvien hermoverkkojen monimutkaisuutta, mutta ne voivat silti olla hyödyllisiä.
Toinen esimerkki luonnollisesta laskennasta on kvanttitietokoneen rakentamisen tutkiminen. Ajatuksena on, että kvanttitietokone voisi teoriassa käyttää paljon enemmän tiloja nykyaikaisten tietokoneiden sijaan, jotka suorittavat laskelmia binääritilojen 0 tai 1 perusteella. Tämä voi johtaa paljon nopeampiin tietokoneisiin. Vaikka kvanttitietokoneen uskotaan olevan vielä kaukana, vuodesta 2011 lähtien ei näytä olevan tieteellistä syytä, miksi sitä ei voida saavuttaa, kun tekniikka on kehittynyt riittävän pitkälle.
Luonnonlaskennasta on monia muita esimerkkejä. Näitä ovat keinotekoisen elämän suunnittelu, robotiikka ja evoluutiolaskenta. Parviäly, joka on eräänlainen järjestelmä, joka jäljittelee suuria eläinryhmiä, kuten muurahaisia, voi myös olla tärkeä tulevaisuudessa. Sillä on useita mahdollisia sovelluksia, varsinkin kun yritetään ennustaa tulevia tapahtumia.