A memória sensorial é considerada a forma mais básica e primária de memória do ser humano. É descrita como um tampão entre as nossas experiências reais e as experiências que recordamos na memória de curto e longo prazo. As memórias sensoriais consistem em toda a informação sensorial que ocorre durante uma experiência, e a nossa percepção e atenção moldam como e se estas memórias são armazenadas.
A atenção é o processo de converter memórias sensoriais em memórias de curto ou longo prazo através da percepção consciente de um dado evento. Isto filtra outros estímulos que não desejamos recordar ou que não nos são úteis no futuro, deixando-nos apenas com a percepção e memória de curto prazo do evento.
A memória sensorial pode ser sub-classificada em memória icónica (memória visual), memória ecóica (memórias de sons) e memória háptica (memórias associadas ao tato).
A memória sensorial pode ser pensada como uma memória de ultra curto prazo, que começa a degradar-se cerca de meio segundo após ser processada (ou não processada) pelo hipocampo e amígdala, o centro do cérebro para muitas funções incluindo memória. A memória sensorial relacionada com cheiros é frequentemente melhor recordada devido à proximidade do hipocampo e amígdala (apenas duas ou três sinapses) ao bulbo olfativo e córtex olfativo, as partes do cérebro necessárias para recordar memórias sensoriais de cheiro.
A investigação conduzida por George Sperling nos anos 60 experimentou com grandes arrays de números a piscar rapidamente, que os participantes eram depois solicitados a recordar. Concluiu-se que a memória de curto prazo conseguia identificar apenas uma média de 12 itens, mas os participantes diziam frequentemente que conseguiam "ver" arrays de números, apenas não os conseguiam recordar. Estas visões foram consideradas o reconhecimento mais precoce de memórias sensoriais icónicas ou visuais.