Η αποθήκευση είναι το δεύτερο στάδιο της μνήμης, που ακολουθεί την κωδικοποίηση και προηγείται της ανάκλησής της. Αναφέρεται στη διατήρηση κωδικοποιημένων πληροφοριών με την πάροδο του χρόνου. Η αποθήκευση μπορεί να είναι σύντομη, όπως στην αισθητηριακή μνήμη που διαρκεί λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο, ή διαρκής, όπως στη μακροπρόθεσμη μνήμη που μπορεί να διαρκέσει μια ζωή.

Οι πληροφορίες αποθηκεύονται μέσω αλλαγών στις συναπτικές συνδέσεις και, για τις μακροπρόθεσμες μνήμες, μέσω δομικών αλλαγών στους νευρώνες και στη σύνθεση πρωτεϊνών. Η χωρητικότητα και η διάρκεια αποθήκευσης ποικίλλουν ανάλογα με το σύστημα μνήμης: η αισθητηριακή μνήμη συγκρατεί μεγάλη ποσότητα πληροφοριών για πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, η βραχυπρόθεσμη μνήμη συγκρατεί περίπου επτά στοιχεία για 20-30 δευτερόλεπτα και η μακροπρόθεσμη μνήμη είναι ουσιαστικά απεριόριστη σε χωρητικότητα και διάρκεια.

Συστήματα μνήμης

• Αισθητηριακή μνήμη: πολύ σύντομη, μεγάλη χωρητικότητα
• Βραχυπρόθεσμη μνήμη: ~7 στοιχεία, 20–30 δευτερόλεπτα
• Μακροπρόθεσμη μνήμη: απεριόριστη, δυνητικά μόνιμη
• Η ενοποίηση σταθεροποιεί τη μακροπρόθεσμη αποθήκευση