Memori sensorik adalah perekaman informasi sensorik yang langsung dan sangat singkat dalam sistem memori. Memori ini menyimpan salinan literal dari input selama sepersekian detik hingga beberapa detik, tergantung pada modalitasnya.

Memori ikonik menyimpan informasi visual selama kurang lebih seperempat detik; memori gema menyimpan informasi pendengaran selama tiga atau empat detik. Eksperimen pelaporan parsial George Sperling menunjukkan bahwa kapasitas memori ikonik lebih besar daripada apa yang dapat dilaporkan orang sebelum jejaknya memudar. Memori sensorik memungkinkan sistem untuk mengekstrak fitur yang relevan dan mengintegrasikan informasi di tengah gangguan singkat, seperti kedipan mata atau jeda dalam suara.

Hanya sebagian kecil dari jejak memori sensorik yang dipilih oleh perhatian untuk diproses lebih lanjut dalam memori kerja. Sisanya memudar dan hilang. Memori sensorik bersifat spesifik modalitas dan pra-kategorikal; memori tersebut belum diinterpretasikan sebagai objek atau peristiwa yang bermakna.

Bayangan yang masih membekas dari kembang api atau gema kalimat yang baru saja didengar yang memudar adalah pengingat sehari-hari tentang memori sensorik.