الذاكرة الحسية هي تسجيل فوري وسريع للغاية للمعلومات الحسية في نظام الذاكرة. وهي تحتفظ بنسخة حرفية من المدخلات لجزء من الثانية إلى بضع ثوانٍ، وذلك حسب نوع المحفز الحسي.

تخزن الذاكرة الأيقونية المعلومات البصرية لمدة ربع ثانية تقريبًا، بينما تخزن الذاكرة الصدائية المعلومات السمعية لمدة ثلاث أو أربع ثوانٍ. وقد أظهرت تجارب جورج سبيرلينغ حول التقرير الجزئي أن سعة الذاكرة الأيقونية أكبر مما يستطيع الناس تذكره قبل أن يتلاشى الأثر. تسمح الذاكرة الحسية للجهاز العصبي باستخلاص السمات ذات الصلة ودمج المعلومات عبر فترات انقطاع قصيرة، مثل رمش العين أو فجوات الصوت.

لا يُختار من الذاكرة الحسية إلا جزء ضئيل منها لمعالجته لاحقًا في الذاكرة العاملة، بينما يتلاشى الباقي ويُفقد. فالذاكرة الحسية خاصة بكل نمط حسي، وهي ما قبل تصنيفية؛ إذ لم تُفسَّر بعد على أنها أشياء أو أحداث ذات معنى.

إن الصورة المتبقية لشرارة أو الصدى الخافت لجملة سمعت للتو هي بمثابة تذكير يومي بالذاكرة الحسية.