Das sensorische Gedächtnis ist die unmittelbare, sehr kurze Speicherung sensorischer Informationen im Gedächtnissystem. Es speichert eine wörtliche Kopie des Eingangs für einen Bruchteil einer Sekunde bis zu einigen Sekunden, abhängig von der Sinnesmodalität.

Das ikonische Gedächtnis speichert visuelle Informationen für etwa eine Viertelsekunde; das echoische Gedächtnis speichert auditive Informationen für drei bis vier Sekunden. George Sperlings Experimente mit Teilberichten zeigten, dass die Kapazität des ikonischen Gedächtnisses größer ist als das, was Menschen berichten können, bevor die Erinnerung verblasst. Das sensorische Gedächtnis ermöglicht es dem System, relevante Merkmale zu extrahieren und Informationen auch bei kurzen Unterbrechungen wie Lidschlägen oder Tonpausen zu integrieren.

Nur ein Bruchteil der sensorischen Gedächtnisspur wird durch Aufmerksamkeit für die weitere Verarbeitung im Arbeitsgedächtnis ausgewählt. Der Rest verblasst und geht verloren. Das sensorische Gedächtnis ist modalitätsspezifisch und vorkategorisiert; es wurde noch nicht als bedeutungsvolle Objekte oder Ereignisse interpretiert.

Das anhaltende Nachbild einer Wunderkerze oder das verklingende Echo eines eben gehörten Satzes sind alltägliche Erinnerungen an die Sinneserinnerung.