Terapia Integracji Sensorycznej opiera się na szczegółowych badaniach diagnostycznych obejmujących: wystandaryzowane testy SI, próby obserwacji klinicznej oraz wywiad z rodzicami. Precyzyjne określenie rodzaju oraz stopnia deficytów występujących u dziecka pozwala na programowanie zindywidualizowanych i skutecznych oddziaływań terapeutycznych. Im wcześniej zostaną rozpoznane przyczyny zaburzeń, tym lepsze będą efekty terapii.
Wyjątkowość metody Integracji Sensorycznej polega na tym, że niweluje ona przyczynę zaburzeń dziecka, a nie tylko zwalcza jej objawy. Rozpoczynając pracę terapeutyczną z dzieckiem, które ma np. problemy z pisaniem terapeuta SI nie opiera jej na żmudnych ćwiczeniach grafomotorycznych, ale na początku pracuje min. nad poprawą napięcia mięśniowego oraz zdolności ruchowych w obrębie tzw. motoryki dużej i oczu. Precyzyjne ruchy rąk ćwiczy poprzez atrakcyjne zabawy takie, jak: przypinanie klamerek do bielizny na ubraniu, rysowanie wzorów w mini piaskownicy, malowanie pianą do golenia na dużych arkuszach papieru itp. Tworzy w ten sposób bazę, która w przyszłości umożliwi poprawne i szybkie pisanie.
Terapia w metodzie Integracji sensorycznej wygląda jak zabawa, ale jest to zabawa „naukowa”, poprzez którą układ nerwowy i mózg uczą się właściwego reagowania na bodźce zewnętrzne. Atmosfera zabawy sprzyja zaangażowaniu dziecka w aktywności oraz osiąganiu większych i szybszych postępów. Zajęcia terapeutyczne odbywają się 1-3 razy w tygodniu (w zależności od potrzeb dziecka) i trwają 50 min. Prowadzi je wykwalifikowany terapeuta integracji sensorycznej. Podczas specjalnie dobranych zabaw ruchowych, odbywających się z wykorzystaniem wielu atrakcyjnych przyrządów i pomocy dydaktycznych, dziecko w naturalny sposób wyrównuje deficyty w obrębie poszczególnych narządów zmysłów. W terapii SI podstawę stanowi stymulacja zmysłu równowagi podczas różnorodnych zabaw prowadzonych na sprzęcie podwieszanym i naziemnym (deskorolkach, huśtawkach, platformach, trapezach, drabinkach). Wiele jest również ćwiczeń oraz zabaw stymulujących czucie powierzchniowe i głębokie, zmysł wzroku, słuchu i węchu. Podczas zajęć dziecko jest zachęcane i kierowane do wykonywania aktywności sprzyjających minimalizowaniu jego deficytów rozwojowych. Stopień trudności tych aktywności stopniowo wzrasta w miarę czynionych przez nie postępów. Nie mogą być one ani za łatwe, ani zbyt trudne. W terapii SI nie ma miejsca na porażki, a każde ćwiczenie powinno kończyć się sukcesem. Ważnym aspektem tej terapii jest motywacja podopiecznego. Odgrywa ona dużą rolę przy doborze aktywności. Niektórym dzieciom terapeuta pozostawia wiele swobody przy doborze zabaw i ćwiczeń, innym proponuje aktywności specjalnie dla nich wyselekcjonowane. Dzieci są zachęcane do inicjowania i aktywnego uczestnictwa w zabawach. Terapia Integracji Sensorycznej jest zazwyczaj dla dziecka przyjemnością, ale wymaga też od niego dużego zaangażowania i niekiedy sporego wysiłku. Rolą terapeuty jest umiejętne zachęcanie i prowokowanie dziecka do aktywności nawet wówczas, gdy pewne rodzaje zabaw i ćwiczeń wzbudzają jego niechęć lub lęk.
W zależności od potrzeb terapeuta przekazuje rodzicom zestawy ćwiczeń przeznaczone do pracy w domu, które przyspieszają uzyskanie pożądanych zmian w funkcjonowaniu dziecka.