La memoria primaria está directamente conectada a la CPU de la computadora. Debe estar presente para que la CPU efectúe cualquier función. El almacenamiento primario consta, pues, de la memoria primaria del sistema; contiene los programas en ejecución y los datos con que operan. Se puede transferir información muy rápidamente (típicamente en menos de 100 ciclos de reloj ) entre un registro del microprocesador y localizaciones del almacenamiento principal. En las computadoras modernas se usan memorias de acceso aleatorio basadas en electrónica del estado sólido, que está directamente conectada a la CPU a través de buses de direcciones, datos y control.

El almacenamiento lleva por principal requisito que cualquiera de sus localidades debe ser directamente direccionable, esto es, todo dato contenido en memoria debe poder encontrarse basándose en su dirección. Es por esto que los registros del procesador no pueden considerarse almacenamiento primario. Las referencias a éstos se efectúan por nombre, de forma directa, y no por dirección. Los registros representan el estado actual del cómputo y los datos utilizados inmediatamente, pero no pueden almacenar un programa (sólo apuntar al lugar de ejecución actual).

La gran diferencia de velocidad entre el procesador y la memoria primaria dio origen a la memoria caché. Esta es una memoria de muy alta velocidad, típicamente entre 10 y 100 veces más que la memoria primaria, y se emplea para mejorar la eficiencia o rendimiento del CPU. Parte de la información de la memoria principal se duplica en la memoria caché. Comparada con los registros, la caché es ligeramente más lenta, pero de mayor capacidad. Sin embargo, es más rápida, aunque de mucha menor capacidad que la memoria principal.