명확한 형태가 없는 외부 자극에서 익숙한 대상이나 패턴을 인식하는 심리적 현상을 말한다. 예컨대 달의 그림자에서 토끼를 떠올리거나, 자동차 전면부를 사람의 얼굴처럼 느끼는 경우다. 이는 익숙한 패턴과 유사한 자극에 뇌의 관련 영역이 반응하거나, 위험을 과대 인식해 생존 확률을 높이도록 진화한 결과로 해석된다.

명확한 형태가 없는 외부 자극에서 자신에게 익숙한 특정 대상이나 패턴을 인식하는 심리적 현상으로, "변상증(變像症)"이라고도 한다. 흔히 알려진 "착시"가 주어진 시각적 정보를 실제와 다르게 인지하는 현상이라면, 파레이돌리아는 시각뿐 아니라 청각·기억에 이르기까지 다양한 자극에서 실제로는 존재하지 않는 익숙한 대상을 인지한다는 차이가 있다.

예를 들어 달 표면의 그림자에서 토끼를 떠올리거나, 구름과 같은 불규칙한 형상에서 캐릭터의 모습을 찾는 경우가 이에 해당한다. 특히 자동차의 전조등과 범퍼를 사람의 표정처럼 인식하는, 일명 "얼굴 파레이돌리아"가 가장 흔하게 관찰된다.

파레이돌리아의 원인에 대해서는 여러 학설이 제기되는데, 우선 자신이 알고 있는 것과 유사한 자극을 받았을 때 해당 대상을 인식하는 뇌 영역이 활성화된다는 주장이다. 즉, 불규칙한 패턴을 보면 뇌에서 사람의 얼굴을 분석할 때와 유사한 인지 과정이 일어나 사람의 얼굴로 오인하게 된다는 것이다. 또 다른 주장으로는, 인간의 뇌가 생존 확률을 높이기 위해 잠재적 위험을 과잉 인식하도록 진화했기 때문이라는 설명이 있다. 이를테면 보호색을 이용해 숨어 있는 뱀을 보지 못하는 것보다, 나뭇가지를 보고도 뱀으로 착각해 피하는 편이 생존에 유리하다는 것이다.