Senzorická paměť je okamžitý, velmi krátký záznam senzorických informací v paměťovém systému. Uchovává doslovnou kopii vstupu po dobu zlomku sekundy až několika sekund, v závislosti na způsobu zaznamenávání.

Ikonická paměť ukládá vizuální informace zhruba čtvrt sekundy; echoická paměť ukládá sluchové informace tři nebo čtyři sekundy. Experimenty George Sperlinga s částečnými zprávami ukázaly, že kapacita ikonické paměti je větší než to, co si lidé dokáží zaznamenat, než stopa vybledne. Senzorická paměť umožňuje systému extrahovat relevantní vlastnosti a integrovat informace napříč krátkými přerušeními, jako je mrknutí očí nebo mezery ve zvuku.

Pouze zlomek senzorické paměťové stopy je pozorností vybrán pro další zpracování v pracovní paměti. Zbytek se rozpadá a ztrácí. Senzorická paměť je specifická pro danou modalitu a předkategorizující; dosud nebyla interpretována jako smysluplné objekty nebo události.

Přetrvávající dozvuk prskavky nebo slábnoucí ozvěna právě slyšené věty jsou každodenními připomínkami smyslové paměti.