Впізнання образів. Це кінцева і найбільш складна операція сенсорної системи. Вона полягає у віднесенні до образу того чи іншого класу об'єктів, з якими раніше зустрічався організм, тобто в класифікації образів. Синтезуючи сигнали від нейронів-детекторів, вищий відділ сенсорної системи формує «образ» подразника і порівнює його з безліччю образів, що зберігаються в пам'яті. Впізнання завершується прийняттям рішення про те, з яким об'єктом або ситуацією зустрівся організм. В внаслідок цього відбувається сприйняття, тобто ми усвідомлюємо, чиє обличчя бачимо перед собою, кого чуємо, який запах відчуваємо.
Впізнання часто відбувається незалежно від мінливості сигналу. Ми надійно опознаем, наприклад, предмети при різній їх освітленості, забарвленням, розміром, ракурсі, орієнтації і становище в полі зору. Це означає, що сенсорна система формує незалежний від змін ряду ознак сигналу (інваріантний) сенсорний образ.
