Loomulik andmetöötlus viitab mis tahes tüüpi arvutustehnikale, mis kasutab materjale või loodusest pärit inspiratsiooni. Loodusliku andmetöötluse näited hõlmavad tehisnärvivõrkude väljatöötamist, mis kohanevad muutustega, ja kvantarvutite kavandamist, mis võivad olla palju kordi võimsamad kui praegused arvutid. Looduslik andmetöötlus võib viidata ka kunstlike ainete loomisele, mis jäljendavad looduses leiduvaid aineid.
On mitmeid arvutusvaldkondi, mis kasutavad loodusest pärit ideid probleemidele tõhusamate lahenduste loomiseks. 21. sajandi alguses töötatakse välja ka mõningaid arvuteid, mis kasutavad kiiremate ja tõhusamate arvutuste tegemiseks looduslikke materjale, näiteks teatud molekule. Need tehnikad on kõik loomuliku andmetöötluse vormid, sest neid ei eksisteeriks ilma üksikasjalike teadmisteta looduslike süsteemide toimimise kohta.
Looduslik andmetöötlus võib viidata ka katsele luua tehisorganisme, mis käituvad nagu looduslikult esinevad süsteemid. Nende hulka kuuluvad katsed luua süsteeme, mis suudavad läbi viia selliseid protsesse nagu geeniregulatsioon, mis on elusorganismides oluline. Teine näide on iseseisev kokkupanek, mis viitab süsteemidele, mis suudavad end organiseerimata algolekust korrastada.
Näiteks närvivõrke kasutavad sageli arvutiprogrammeerijad, kes soovivad, et programm muutuks aja jooksul automaatselt tõhusamaks. Need põhinevad struktuuridel, mida leidub looduslikult esinevates närvivõrkudes, nagu need, mida leidub aju neuronites. Kasutades looduslikes närvivõrkudes leiduvate süsteemide lihtsaid versioone, suudavad programmeerijad muuta oma programmid uue teabega kohanemisvõimelisemaks. 2011. aasta seisuga ei ole tehisnärvivõrgud looduslikult esinevate närvivõrkude keerukusega sarnased, kuid need võivad siiski olla kasulikud.
Teine loomuliku andmetöötluse näide on kvantarvuti ehitamise uurimine. Idee seisneb selles, et tänapäevaste arvutite asemel, mis teevad arvutusi kahendolekute 0 või 1 põhjal, võiks kvantarvuti teoreetiliselt kasutada palju rohkem olekuid. See võib kaasa tuua palju kiiremad arvutid. Kuigi arvatakse, et kvantarvuti on veel kaugel, ei paista 2011. aasta seisuga olevat ühtegi teaduslikku põhjust, miks seda ei oleks võimalik saavutada, kui tehnoloogia on piisavalt arenenud.
Loodusliku andmetöötluse kohta on palju muid näiteid. Nende hulka kuuluvad tehiselu kujundamine, robootika ja evolutsiooniline arvutus. Tulevikus võib oluliseks osutuda ka sülemuure, mis on teatud tüüpi süsteem, mis jäljendab suuri loomarühmi, näiteks sipelgaid. Sellel on mitmeid potentsiaalseid rakendusi, eriti tulevaste sündmuste prognoosimisel.