La mémoire échoïque est le système de stockage sensoriel temporaire des informations auditives. Les sons persistent dans ce système pendant quelques secondes après la fin du stimulus physique, permettant à l'auditeur de les « entendre » à nouveau mentalement.

La durée est généralement estimée à trois ou quatre secondes, suffisamment longue pour comprendre une phrase prononcée même si l'attention s'est momentanément portée ailleurs. Si quelqu'un vous demande « Qu'est-ce que je viens de dire ? » et que vous vous souvenez encore des mots, vous faites appel à la mémoire échoïque. Sa capacité est relativement importante, mais la trace s'estompe rapidement si elle n'est pas traitée et transférée en mémoire de travail.

La mémoire échoïque est spécifique à une modalité sensorielle ; elle se distingue de la mémoire visuelle iconique. Les études de neuro-imagerie et de lésions l'associent aux aires corticales auditives. Des perturbations peuvent altérer la capacité à suivre un discours rapide ou à intégrer des sons successifs en perceptions cohérentes.

L'écho qui s'estompe après l'arrêt d'un son n'est pas une simple vibration résiduelle. Il s'agit d'une représentation neuronale active qui confère à l'audition sa continuité temporelle.