La mémoire à long terme est le réservoir relativement permanent et apparemment illimité du système de mémoire. Elle renferme des connaissances, des compétences et des expériences qui peuvent rester disponibles pendant des années, voire des décennies.

L'information est stockée en mémoire à long terme par encodage et consolidation. Une fois stockée, elle peut être récupérée en cas de besoin, même si cette récupération n'est pas toujours parfaite ni complète. Les psychologues distinguent plusieurs sous-systèmes. La mémoire explicite, ou déclarative, concerne les faits et les événements personnels dont on peut se souvenir consciemment. La mémoire implicite, ou non déclarative, concerne les compétences, les effets d'amorçage et les réponses conditionnées qui influencent le comportement sans que l'on s'en souvienne consciemment. La mémoire sémantique stocke les connaissances générales ; la mémoire épisodique, les événements vécus personnellement.

La capacité de la mémoire à long terme est immense. Nous conservons une quantité considérable de vocabulaire, de visages, de lieux et de compétences procédurales. L'oubli survient par interférence, dégradation des traces inutilisées ou échec de la récupération. La signification émotionnelle et la répétition des rappels renforcent la mémorisation. Le sommeil joue un rôle essentiel dans la consolidation des nouvelles connaissances et leur intégration dans une mémoire à long terme plus stable.

Lorsque vous vous souvenez d'une adresse de votre enfance ou que vous remontez en selle après des années sans pratiquer, vous faites appel à votre mémoire à long terme.