Resumo: Introdução: Estudos atuais apontam para as repercussões que as alterações de processamento sensorial trazem para o desenvolvimento neuropsicomotor infantil. Pouco se conhece sobre a influência dessas alterações no desenvolvimento cognitivo de lactentes, porém sabe-se que estas interferem negativamente no desempenho das atividades cotidianas e trazem prejuízos ao longo da vida do indivíduo. Objetivo: Avaliar a relação entre o processamento sensorial e o desenvolvimento cognitivo de lactentes, e a associação entre a prematuridade e o processamento sensorial dessa população. Método: Estudo de corte transversal realizado no Ambulatório de Puericultura do Hospital das Clínicas da UFPE, no período de dezembro de 2009 a agosto de 2010. A amostra consistiu de 182 lactentes de oito a 15 meses de idade, dos quais 54 (29,7%) nasceram prematuros, sendo feita a correção da prematuridade para 40 semanas de idade gestacional. Utilizou-se o Test of Sensory Functions in Infants (TSFI), para avaliar o processamento sensorial, e a Bayley Scales of Infant and Toddler Development III, na avaliação do desenvolvimento cognitivo. Resultados: Verificou-se uma frequência significantemente maior de processamento sensorial em risco e deficiente entre os lactentes nascidos pré-termo (37%) quando comparado ao processo sensorial dos nascidos a termo (21,9%). O atraso cognitivo foi significantemente maior (8,3%) entre os lactentes com processamento sensorial em risco e deficiente em relação aos com processamento sensorial normal (1,5%). Conclusão: A prematuridade foi considerada um fator de risco para distúrbio do processamento sensorial e os lactentes diagnosticados com este distúrbio apresentaram atraso cognitivo mais frequentemente. A prematuridade, isoladamente, não esteve associada ao atraso cognitivo.