Μόλις κωδικοποιηθούν οι πληροφορίες, πρέπει να διατηρηθούν για κάποιο χρονικό διάστημα, προκειμένου να είναι διαθέσιμες αργότερα. Η αποθήκευση είναι η διατήρηση κωδικοποιημένων πληροφοριών στη μνήμη.

Διαφορετικά συστήματα υποστηρίζουν την αποθήκευση σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα: συναπτικές αλλαγές για σύντομα χρονικά διαστήματα, ενοποίηση σε επίπεδο συστήματος για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα. Ο ύπνος παίζει ενεργό ρόλο στη σταθεροποίηση ορισμένων μορφών αποθήκευσης. Τα όρια χωρητικότητας είναι πιο εμφανή στη βραχυπρόθεσμη και εργαζόμενη μνήμη. Η μακροπρόθεσμη αποθήκευση φαίνεται ουσιαστικά απεριόριστη για πρακτικούς σκοπούς.

Η αποθήκευση δεν είναι στατική. Οι μνήμες μπορούν να τροποποιηθούν όταν επανενεργοποιηθούν και οι παρεμβολές μπορούν να τις υποβαθμίσουν. Βιολογικές συνθήκες - ηλικία, ορμόνες του στρες, νευρολογικές ασθένειες - επηρεάζουν την ακεραιότητα της αποθήκευσης. Τεχνικές που βελτιώνουν την κωδικοποίηση και μειώνουν τις παρεμβολές υποστηρίζουν πιο αξιόπιστη αποθήκευση. Χωρίς αποθήκευση δεν θα υπήρχε μάθηση που να διαρκεί περισσότερο από την παρούσα στιγμή.

Αυτό που αποθηκεύεται σήμερα γίνεται η γνώση που διαμορφώνει την αντίληψη και την απόφαση του αύριο.