A szenzoros memória az érzékszervi információk azonnali, nagyon rövid rögzítése a memóriarendszerben. A bemenet szó szerinti másolatát a másodperc töredékétől néhány másodpercig tárolja, a modalitástól függően.

Az ikonikus memória nagyjából negyed másodpercig tárolja a vizuális információkat; az echoikus memória pedig három-négy másodpercig tárolja a hallási információkat. George Sperling részleges jelentésű kísérletei kimutatták, hogy az ikonikus memória kapacitása nagyobb, mint amit az emberek képesek jelenteni, mielőtt a nyom elhalványulna. Az érzékszervi memória lehetővé teszi a rendszer számára, hogy kinyerje a releváns jellemzőket, és integrálja az információkat rövid megszakítások, például pislogások vagy hangszünetek során.

A szenzoros emléknyomoknak csak egy részét választja ki a figyelem a munkamemóriában történő további feldolgozásra. A többi elbomlik és elvész. A szenzoros memória modalitásspecifikus és prekategorikus; még nem értelmezték értelmes objektumként vagy eseményként.

Egy csillagszóró elnyúló utóképe vagy egy frissen hallott mondat elhalványuló visszhangja mindennapos emlékeztetői az érzékszervi emlékezetnek.