Kısa süreli hafıza ve duyusal hafızaya zıt olarak,uzun süreli hafızada daha çok bilgi uzun süreler boyunca (bazen ömür boyu) saklanabilir. Örneğin, 7 haneli bir sayıyı okuduktan birkaç saniye içerisinde hemen unutabiliriz ve kısa süreli hafızada ancak bu kadar tutulmuş olur. Ancak telefon numaralarını tekrar yoluyla ezberleyip yıllar boyunca ezberde tutabiliriz ki bu da uzun süreli hafızada depolanmasından kaynaklanır. Kısa süreli hafıza şifrelemeyi akustik olarak yaparken, uzun süreli hafıza semantik olarak (anlamsal) şifreleme yapar. Baddeley (1966) <ref>^ Baddeley, A. D. (1966). The influence of acoustic and semantic similarity on long-term memory for word sequences. Quart. J. exp. Psychol., 18, 302-9.</ref><ref>^ Baddeley, A.D. (2000). The episodic buffer: a new component of working memory? Trends in Cognitive Science, 4, 417-23.</ref> yaptığı testlerde deneklerin 20 dakika sonrasında hatırlamakta zorluk çektiği sözcük gruplarının, benzer manaya gelen “büyük, kocaman, devasa, iri” gibi sözcükler olduğunu göstermiştir.
Kısa süreli hafıza “Nöronal haberleşmeyi sağlayan taşıyıcı yapılarla” desteklenir ve beynin ön lobu (özellikle dorsolateral prefrontal kortex) ile paryetal lobuyla bağlantılıdır. Uzun süreli hafıza ise beyne yayılmış daha sabit ve uzun süreli nöral bağlantılarla ilişkilidir. Bilginin kısa süreliden uzun süreli hafızaya konsolide edilmesinde, (depolama işlemi bizzat burada meydana gelmese de) hippocampus bölgesi rol oynar.
