Une fois encodée, une information doit être conservée dans le temps pour pouvoir être disponible ultérieurement. Le stockage désigne cette conservation de l'information encodée en mémoire.

Différents systèmes assurent le stockage sur des échelles de temps différentes : modifications synaptiques à court terme, consolidation systémique à plus long terme. Le sommeil contribue activement à la stabilisation de certaines formes de stockage. Les limites de capacité sont particulièrement marquées dans la mémoire à court terme et la mémoire de travail ; le stockage à long terme semble, en pratique, illimité.

La mémoire n'est pas statique. Les souvenirs peuvent être modifiés lors de leur réactivation, et des interférences peuvent les dégrader. Des facteurs biologiques – l'âge, le stress, les maladies neurologiques – affectent son intégrité. Les techniques qui améliorent l'encodage et réduisent les interférences favorisent une mémoire plus fiable. Sans mémoire, aucun apprentissage durable ne serait possible.

Ce qui est stocké aujourd'hui devient le savoir qui façonnera la perception et les décisions de demain.