Lưu trữ là giai đoạn thứ hai của trí nhớ, sau giai đoạn mã hóa và trước giai đoạn truy xuất. Nó đề cập đến việc giữ lại thông tin đã được mã hóa theo thời gian. Quá trình lưu trữ có thể ngắn hạn, như trong trí nhớ cảm giác kéo dài chưa đến một giây, hoặc bền vững, như trong trí nhớ dài hạn có thể kéo dài suốt đời.

Thông tin được lưu trữ thông qua những thay đổi trong các kết nối synap và, đối với trí nhớ dài hạn, thông qua những thay đổi cấu trúc trong tế bào thần kinh và quá trình tổng hợp protein. Dung lượng và thời gian lưu trữ khác nhau tùy thuộc vào hệ thống trí nhớ: trí nhớ cảm giác lưu giữ một lượng lớn thông tin trong thời gian rất ngắn, trí nhớ ngắn hạn lưu giữ khoảng bảy mục trong 20-30 giây, và trí nhớ dài hạn về cơ bản là không giới hạn về dung lượng và thời gian.

Hệ thống bộ nhớ

• Trí nhớ cảm giác: rất ngắn, dung lượng lớn.
• Trí nhớ ngắn hạn: ~7 mục, 20–30 giây
• Trí nhớ dài hạn: không giới hạn, có khả năng tồn tại vĩnh viễn.
• Việc hợp nhất giúp ổn định kho lưu trữ dài hạn.