네 번째 부류는 다중 명령-다중 데이터(Multiple Instruction Multiple Data, MIMD)다. 이 구조는 처리 자원마다 독립적인 제어 장치가 있다. 따라서 서로 다른 데이터 블록에서 서로 다른 연산을 독립적으로 수행할 수 있다. 다중 코어, 다중 CPU 심지어 다중 머신까지 서로 다른 작업을 동시에 진행할 수 있는 구조라면 모두 이 부류에 속한다.

MIMD 구조는 인스트럭션의 종류가 좀 더 다양한 만큼 SIMD에 비해 각 처리 자원을 더 많은 용도로 사용할 수 있다. 덕분에 플린 분류에서 가장 널리 쓰이는 부류가 MIMD다. 멀티코어 PC부터 분산 클러스터까지 모두 MIMD가 사용됐다고 보면 된다.