回声记忆是听觉信息（声音）的特定感觉记忆寄存器。人们刚刚所感知声音的感觉记忆，即为回声记忆的形式。与视觉记忆不同，眼睛可以反复扫描刺激，但是听觉刺激则无法。总体上，回声记忆比图像记忆 （视觉记忆）存储的时间稍长。在听觉刺激被处理和理解之前，由耳朵依序接收。例如，听广播与阅读杂志非常不同。人们只能在给定时间内听一次广播，而杂志却可以来回阅读。在听完后续的声音之前，声音尚不会被处理(或是先保留)，直到听完之后，声音才被赋予了意义。因此可以说，回声记忆就像个“储存槽”。 这种特殊的感觉存储器能够存储大量在短时间内（3-4秒）保留的听觉信息。这种回声在大脑中产生共鸣，并在呈现听觉刺激后的短时间内重复播放。 回声记忆仅适度地对刺激的原始面貌进行编码，例如音高。其位置指定在非关联脑区。
在乔治·斯珀林（英语：George_Sperling）发表了视觉感觉记忆存储的部分报告研究后不久，研究人员开始研究听觉领域的对应功能。“回声记忆”一词是由奈瑟（英语：Ulric Neisser）(Ulric Neisser)于1967年创造的，为这种声音信息的简短表征。最初使用类似于斯珀林的部分报告范式进行研究，然而，现代神经心理学技术的发展，使得对回声记忆存储的容量、持续时间、位置的估计成为可能。以斯珀林的模型为类比，研究人员使用部分报告实验和全部报告实验，将其成果应用于听觉感觉存储。他们发现回声存储的持续时间可达4秒。然而，一旦现有的回声之前被听过，就会有不同的持续时间。谷特曼(Guttman)和朱立兹(Julesz)认为回声可能持续约1秒或更少，而埃里克森(Eriksen)和强森(Johnson)则认为可以持续10秒。
巴德利工作记忆模型由视觉空间写生板和语音回路组成，视觉空间速写板与图像记忆 (Iconic memory)有关，语音回路以两种方式处理听觉信息。第一个是音韵储存，它能够在信息衰减之前保留3-4秒，比图像记忆(小于1000毫秒)的持续时间还要长。第二个是默读的排练过程，使用“内部声音”来保持记忆痕迹。然而，这个模型并不能详细描述最初的感觉输入与随后记忆过程之间的关系。
尼尔森·考恩（英语：Nelson Cowan）(Nelson Cowan)提出短期记忆模型，试图更详细地描述口头感觉记忆的输入和存储来解决这个问题。它表明前注意（英语：Pre-attentive_processing）处理(pre-attentive)感觉存储系统可以在很短的时间内容纳大量精确的信息，而该存储系统是由200-400毫秒的初始阶段输入和次级阶段组成，后者将信息传输到更长期的记忆存储中，然后整合至工作记忆中，而工作记忆在10-20秒后开始衰减。
在斯珀林（1960）关于图像记忆任务的程序之后，研究人员对测试听觉感官存储的相同现象很感兴趣。回声记忆是通过行为任务来衡量的，其中要求参与者重复那些呈现给他们的一系列音调、单词或音节，通常需要注意力和动机。最著名的部分报告任务是同时向左，右和双耳呈现听觉刺激。然后要求他们报告每个刺激的空间位置及类别名称。结果表明，当一只耳朵抑制另一只耳朵的信息时，空间位置比语义信息更容易回忆。部分报告条件下的表现远远优于整个报告条件，这结果与图像记忆任务的结果一致。此外，随着刺激间隔（ISI）（刺激呈现到回忆之间的时间长度）增加，表现会下降。
听觉后向识别掩蔽（ABRM）是听觉研究最成功的任务之一。它向参与者呈现短暂的目标刺激，然后在ISI之后进行第二次刺激（掩蔽）。听觉信息在存储器中可用的时间量由刺激间隔（ISI）的长度来控制。表现随着ISI增加到250 ms而提高。该掩蔽不会影响从刺激中获得的信息量，但它会对进一步的处理造成干扰。
不匹配负向波（英语：Mismatch negativity）（MMN）任务是更客观、独立的任务，不需要受试者集中注意力就能测量听觉感觉记忆，其通过使用脑电图（EEG）记录大脑激活的变化。这记录了刺激后150-200ms大脑活动的听觉事件相关电位（ERP）的元素。这种刺激是在一系列标准刺激中，所呈现的无人注意、不常见、“奇怪的”或异常的刺激，由此将异常刺激与记忆痕迹进行比较。
听觉感觉记忆被发现储存在对应于耳朵的初级听觉皮层中。 因为涉及的过程不同，回声记忆存储涉及几个不同的大脑区域。所涉及的大部分大脑区域位于前额叶皮层 （PFC），因为这是执行控制并负责注意力控制所在的位置。 语音存储和排练系统似乎是基于左半球的记忆系统，因为在这些区域观察到大脑活动的增加。 涉及的主要区域是左后腹外侧前额叶皮层 （ VLPFC ），左前运动皮层 （PMC）和左后顶叶皮层 （PPC）。在VLPFC内， 布若卡区是负责口头排练和发音过程的主要场所。背部PMC用于节奏组织和排练，最后PPC显示了在空间中定位物体的作用。
大脑皮层区域被认为与MMN反应所表现出的听觉感觉记忆有关，但并没有被明确定位。然而，结果显示在颞上回（英语：Superior_temporal_gyrus） （STG）和下颞回（英语：Inferior_temporal_gyrus） （ITG）中的比较活化。
听觉记忆缺陷的儿童已被证明患有发育性语言障碍。 这些问题难以评估，因为他们的表现可能是因为无法理解给定的任务，而不是他们的记忆问题。
使用MMN测试测量经历中风后对背外侧前额叶皮层（英语：Dorsolateral prefrontal cortex）和颞顶叶皮层的单侧损伤的人。对于对照组，无论是否在右耳或左耳中呈现音调，右侧半球的MMN振幅都是最大的。
当听觉刺激呈现在大脑病变侧的对侧耳朵时，颞顶叶受损患者的MMN大大减少。这遵守听觉感觉记忆理论，听觉感觉记忆存储在耳朵呈现的对侧听觉皮层中。 对听力记忆衰减的中风患者的进一步研究表明，听日常音乐或有声读物改善了他们的回声记忆。也就是音乐在脑损伤后的神经康复中具有积极作用。