Penyimpanan adalah penahanan informasi yang telah dikodekan dari waktu ke waktu. Setelah materi didaftarkan oleh indera dan diproses menjadi bentuk yang dapat digunakan, materi tersebut harus disimpan dalam keadaan yang tahan lama agar dapat diakses di kemudian hari. Tanpa penyimpanan, tidak akan ada pengambilan kembali di kemudian hari.

Sistem memori berbeda dalam hal berapa lama mereka mempertahankan informasi. Memori sensorik bertahan dalam sepersekian detik. Memori jangka pendek atau memori kerja bertahan beberapa detik kecuali jika diperbarui. Memori jangka panjang dapat bertahan bertahun-tahun atau seumur hidup. Dasar fisik penyimpanan jangka panjang diperkirakan melibatkan perubahan permanen dalam kekuatan sinaptik dan, pada skala yang lebih besar, reorganisasi jaringan saraf.

Penyimpanan bukanlah gudang pasif. Memori dapat dikonsolidasikan, dikonsolidasikan kembali setelah pengambilan, dan secara bertahap diubah. Interferensi, peluruhan, dan kegagalan pengambilan dapat membuat informasi yang tersimpan lebih sulit diakses bahkan ketika jejak yang mendasarinya belum sepenuhnya terhapus.

• Retensi informasi yang dikodekan
• Terjadi di berbagai skala waktu
• Didukung oleh perubahan sinaptik dan tingkat sistem.
• Dapat berubah sewaktu-waktu.

Kualitas penyimpanan sangat bergantung pada bagaimana materi tersebut awalnya dikodekan dan pada pengalaman selanjutnya yang berinteraksi dengan jejak tersebut.