A tárolás a kódolt információk időbeli megőrzését jelenti. Miután az érzékszervek regisztrálták és használható formába öntötték az anyagot, valamilyen tartós állapotban kell tárolni, hogy később is elérhető legyen. Tárolás nélkül később nem lehetséges a visszakeresés.

Az emlékezőrendszerek abban különböznek, hogy mennyi ideig őrzik meg az információkat. Az érzékszervi memória a másodperc töredéke alatt tart. A rövid távú vagy munkamemória másodpercekig tart, hacsak nem frissítjük. A hosszú távú memória évekig vagy akár egy életig is eltarthat. A hosszú távú tárolás fizikai alapja a szinaptikus erő tartós változásaiban, nagyobb léptékben pedig az idegi hálózatok átszerveződésében rejlik.

A tárolás nem passzív raktár. Az emlékek konszolidálhatók, visszakeresés után újra konszolidálhatók, és fokozatosan átalakíthatók. Az interferencia, a bomlás és a visszakeresési hibák mind megnehezíthetik a tárolt információk elérését, még akkor is, ha az alapul szolgáló nyomkövetést nem törölték teljesen.

• Kódolt információk megőrzése
• Több időskálán keresztül fordul elő
• Szinaptikus és rendszerszintű változások által támogatott
• Későbbi módosítások jogát fenntartjuk

A tárolás minősége nagymértékben függ attól, hogy az anyagot eredetileg hogyan kódolták, valamint a nyomkövetéssel későbbi tapasztalatoktól.