Miután az információt kódoltuk, azt hosszú távon meg kell őrizni, hogy később is elérhető legyen. A tárolás a kódolt információ megőrzése a memóriában.

A különböző rendszerek eltérő időtartamokon keresztül támogatják a tárolást: rövid időközönként szinaptikus változások, hosszabb ideig rendszerszintű konszolidáció. Az alvás aktív szerepet játszik bizonyos tárolási formák stabilizálásában. A kapacitáskorlátok leginkább a rövid távú és a munkamemóriában mutatkoznak meg; a hosszú távú tárolás gyakorlati célokra gyakorlatilag korlátlannak tűnik.

A tárolás nem statikus. Az emlékek módosulhatnak újraaktiváláskor, az interferencia pedig leronthatja őket. A biológiai körülmények – az életkor, a stresszhormonok, a neurológiai betegségek – befolyásolják a tárolás integritását. A kódolást javító és az interferenciát csökkentő technikák megbízhatóbb tárolást tesznek lehetővé. Tárolás nélkül nem lenne olyan tanulás, amely túléli a jelent.

Amit ma tárolunk, az lesz a tudás, amely a holnapi érzékelést és döntéseket formálja.