Trí nhớ cảm giác là sự ghi nhận tức thời, rất ngắn gọn thông tin cảm giác trong hệ thống trí nhớ. Nó lưu giữ một bản sao chính xác của thông tin đầu vào trong một phần nhỏ của giây đến vài giây, tùy thuộc vào phương thức cảm giác.

Trí nhớ hình ảnh lưu trữ thông tin thị giác trong khoảng một phần tư giây; trí nhớ âm thanh lưu trữ thông tin thính giác trong ba hoặc bốn giây. Các thí nghiệm báo cáo một phần của George Sperling đã chứng minh rằng dung lượng của trí nhớ hình ảnh lớn hơn những gì mọi người có thể báo cáo trước khi dấu vết mờ dần. Trí nhớ cảm giác cho phép hệ thống trích xuất các đặc điểm liên quan và tích hợp thông tin xuyên suốt các gián đoạn ngắn, chẳng hạn như chớp mắt hoặc khoảng lặng trong âm thanh.

Chỉ một phần nhỏ dấu vết trí nhớ cảm giác được sự chú ý chọn lọc để xử lý tiếp trong trí nhớ làm việc. Phần còn lại bị suy giảm và mất đi. Trí nhớ cảm giác mang tính đặc thù theo từng giác quan và chưa được phân loại; nó chưa được diễn giải thành các đối tượng hoặc sự kiện có ý nghĩa.

Dư âm còn vương lại của một que pháo sáng hay tiếng vọng mờ dần của một câu vừa nghe xong là những lời nhắc nhở thường nhật về ký ức giác quan.