एक बार जानकारी को कोडित कर लिया जाए, तो उसे लंबे समय तक सुरक्षित रखना आवश्यक है ताकि वह बाद में उपलब्ध हो सके। भंडारण का अर्थ है कोडित जानकारी को स्मृति में सुरक्षित रखना।

विभिन्न प्रणालियाँ अलग-अलग समय-सीमाओं में भंडारण को समर्थन देती हैं: अल्पकालिक अंतरालों के लिए सिनैप्टिक परिवर्तन, दीर्घकालिक अवधियों के लिए प्रणाली-स्तरीय समेकन। कुछ प्रकार के भंडारण को स्थिर करने में नींद सक्रिय भूमिका निभाती है। क्षमता सीमाएँ अल्पकालिक और कार्यकारी स्मृति में सबसे अधिक स्पष्ट होती हैं; व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए दीर्घकालिक भंडारण लगभग असीमित प्रतीत होता है।

स्मृतियों का भंडारण स्थिर नहीं होता। पुनः सक्रिय होने पर उनमें परिवर्तन हो सकता है, और हस्तक्षेप से वे क्षीण हो सकती हैं। जैविक स्थितियाँ—उम्र, तनाव हार्मोन, तंत्रिका संबंधी रोग—स्मृति भंडारण की अखंडता को प्रभावित करती हैं। ऐसी तकनीकें जो एन्कोडिंग में सुधार करती हैं और हस्तक्षेप को कम करती हैं, अधिक विश्वसनीय भंडारण में सहायक होती हैं। भंडारण के बिना ऐसा कोई ज्ञान नहीं होगा जो वर्तमान क्षण से आगे तक बना रहे।

जो कुछ आज संग्रहित होता है, वही ज्ञान कल की धारणा और निर्णयों को आकार देता है।