脳の仕組みに着想を得たハードウェアによって、知覚や意思決定といった計算課題を実行する方式である。米国国立標準技術研究所（NIST）は、ニューラルネットワークのソフトウェア実装も専用ハードウェア実装も依然としてヒトの脳より何桁もエネルギー効率が低いとしたうえで、この方式が重要な計算課題の効率を大きく改善しうると位置づけている。NISTのスピンエレクトロニクスグループは、スピントルク効果を用いた室温動作のナノスケール発振器に基づく実装と、動的に再構成できる磁性ジョセフソン接合に基づく実装を研究している。