Depolama, kodlanmış bilginin zaman içinde saklanmasıdır. Duyular tarafından algılandıktan ve kullanılabilir bir forma dönüştürüldükten sonra, daha sonra erişilebilir olması için kalıcı bir durumda muhafaza edilmesi gerekir. Depolama olmadan daha sonra geri alma mümkün olmaz.

Bellek sistemleri, bilgiyi ne kadar süreyle sakladıkları bakımından farklılık gösterir. Duyusal bellek saniyenin kesirleri kadar sürer. Kısa süreli veya çalışma belleği, yenilenmediği sürece saniyeler sürer. Uzun süreli bellek ise yıllarca veya bir ömür boyu sürebilir. Uzun süreli depolamanın fiziksel temelinin, sinaptik güçte kalıcı değişiklikler ve daha büyük ölçeklerde sinir ağlarının yeniden düzenlenmesini içerdiği düşünülmektedir.

Depolama, pasif bir depo değildir. Bellekler birleştirilebilir, geri alındıktan sonra yeniden birleştirilebilir ve kademeli olarak dönüştürülebilir. Girişim, bozulma ve geri alma başarısızlığı, altta yatan iz tamamen silinmemiş olsa bile, depolanan bilgilere erişimi zorlaştırabilir.

• Kodlanmış bilginin saklanması
• Birden fazla zaman ölçeğinde meydana gelir.
• Sinaptik ve sistem düzeyindeki değişikliklerle desteklenir.
• Sonradan değişiklik yapılabilir.

Depolama kalitesi, malzemenin başlangıçta nasıl kodlandığına ve izle etkileşime giren sonraki deneyimlere büyük ölçüde bağlıdır.