Penyimpanan adalah tahap kedua dari memori, setelah pengkodean dan sebelum pengambilan. Ini merujuk pada retensi informasi yang dikodekan dari waktu ke waktu. Penyimpanan dapat bersifat singkat, seperti memori sensorik yang berlangsung kurang dari satu detik, atau tahan lama, seperti memori jangka panjang yang dapat bertahan seumur hidup.

Informasi disimpan melalui perubahan pada koneksi sinaptik dan, untuk memori jangka panjang, melalui perubahan struktural pada neuron dan sintesis protein. Kapasitas dan durasi penyimpanan bervariasi tergantung pada sistem memori: memori sensorik menyimpan sejumlah besar informasi dalam waktu yang sangat singkat, memori jangka pendek menyimpan sekitar tujuh item selama 20–30 detik, dan memori jangka panjang pada dasarnya tidak terbatas dalam kapasitas dan durasinya.

Sistem memori

• Memori sensorik: sangat singkat, kapasitas besar
• Memori jangka pendek: ~7 item, 20–30 detik
• Memori jangka panjang: tak terbatas, berpotensi permanen.
• Konsolidasi menstabilkan penyimpanan jangka panjang.