大部分计算机系统的主存储器采用动态随机存储器(DRAM)。DRAM的关键部分是存储阵列，阵列中的每个存储单元由一个金属–氧化物–半导体(MOS)管和一个寄生电容组成，当电容充满电荷时，表示储存“1”，没有电荷时，表示储存“0”。这种存储器的优点是集成度高、功耗小，容易构成大容量的主存储器。但是，在每次读出之后，电容中的电荷将被释放掉，因此必须重新写入，这个过程称为“再生”。由于存在漏电阻，存储在电容上的电荷会泄漏，必须每间隔一段时间把所有存储单元重写一遍，称为“刷新”。

为了减少存储器芯片的引腿数，通常把访问主存储器的地址分两次分别送入行地址锁存器和列地址锁存器，行地址和列地址经过译码后被送入存储阵列，只有处于交叉点上的存储单元才被选中，可以进行读写操作。另外，静态随机存储器（SRAM）、只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）等也可作为主存储器或主存储器的一部分。

由于主存储器的价格较贵，存储容量较小，通常只存放能够直接被中央处理器随机访问的指令和相关数据，包括操作系统的常驻部分，正在执行和将要执行的用户程序和数据。随机访问指通过指令可以随机地、独立地访问到每个存储单元，每次访问使用的时间基本固定，与被访问的存储单元无关。

主存储器的主要性能指标有3个，即速度、容量和价格。提高主存储器速度和容量的方法是采用并行存储器、交叉存储器、多维存储器和无访问冲突存储器等。并行存储器是把存储器的位数加长，每次访问主存储器可以读写多个数据。交叉存储器又分为高位交叉和低位交叉两种，高位交叉只能提高主存储器的容量，低位交叉方式不仅能够增加存储容量，还能提高速度。多维存储器和无访问冲突存储器主要用于向量处理机和并行处理机中。

主要有3种类型的半导体存储器作为主存储器，它们是同步动态随机存储器（SDRAM、RDRAM）和双倍速动态随机存储器（DDR）。SDRAM除了具有DRAM的特点外，在芯片内部有一个小容量的高速缓冲存储器，并且自己能够刷新。RDRAM是双边沿都能够工作的高速动态随机存储器。