A memória ecoica é o armazenamento sensorial temporário da informação auditiva. Os sons permanecem neste sistema durante alguns segundos após o término do estímulo físico, permitindo que o ouvinte os "ouça" novamente internamente.

A duração é normalmente estimada em três a quatro segundos — tempo suficiente para compreender uma frase falada, mesmo que a atenção esteja momentaneamente focada noutro lugar. Se alguém perguntar "O que é que eu acabei de dizer?" e ainda se consegue lembrar das palavras, está a utilizar a memória ecoica. A capacidade é relativamente grande, mas a recordação desaparece rapidamente, a não ser que seja recuperada e transferida para a memória de trabalho.

A memória ecoica é específica da modalidade; é distinta do armazenamento sensorial visual conhecido como memória icónica. Estudos de neuroimagem e de lesão relacionam-na com áreas corticais auditivas. As perturbações nesta área podem prejudicar a capacidade de acompanhar a fala rápida ou de integrar sons sucessivos em perceções coerentes.

O eco que se dissipa de um som após a sua cessação não é uma mera vibração residual. Trata-se de uma representação neural ativa que confere à audição a sua continuidade temporal.