Una vez codificada la información, debe conservarse a lo largo del tiempo para que esté disponible posteriormente. El almacenamiento consiste en esa retención de la información codificada en la memoria.

Los distintos sistemas permiten el almacenamiento en diferentes escalas temporales: cambios sinápticos durante intervalos cortos y consolidación a nivel de sistema durante periodos más prolongados. El sueño desempeña un papel activo en la estabilización de ciertas formas de almacenamiento. Los límites de capacidad son más evidentes en la memoria a corto plazo y la memoria de trabajo; el almacenamiento a largo plazo parece prácticamente ilimitado a efectos prácticos.

El almacenamiento de información no es estático. Los recuerdos pueden modificarse al reactivarse, y las interferencias pueden degradarlos. Las condiciones biológicas —la edad, las hormonas del estrés, las enfermedades neurológicas— afectan la integridad del almacenamiento. Las técnicas que mejoran la codificación y reducen las interferencias favorecen un almacenamiento más fiable. Sin almacenamiento, no existiría un aprendizaje que perdure más allá del momento presente.

Lo que se almacena hoy se convierte en el conocimiento que moldea la percepción y las decisiones del mañana.