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除了记录图像，全息摄影技术还有很多其他应用。全息存储就是一种能够以很高的密度在晶体内部和光聚材料上存储信息的技术。由于许多电子产品都需要包含存储设备，这种能够在某些介质上存储大量信息的技术非常重要。目前的存储技术如蓝光光盘已经达到了衍射所限制的最大的数据存储密度，因此全息存储可能称为下一代主要的存储技术。这种数据存储技术的优点是数据不仅仅是记录在表面上，而且也记录在材料的内部。目前可用的空间光调制器可以在1秒钟内产生1000幅不同的图像，图像的分辨率是1024×1024比特。使用合适的记录材料（可能是聚合材料或者硝酸锂）可以达到每秒1Gb的写入速度。读取速度比写入速度快许多，一般认为可以达到每秒1Tb的读取速度。
2005年，一些公司如Optware和Maxell生产了120mm的全息光盘，这个全息光盘使用全息记录层，最多可以存储3.9TB的信息。他们计划以全息通用光盘来将这项技术推向市场。其他的公司如InPhase科技也在研究类似的技术格式。
大多数的全息数据存储模型都采用了基于页的存储方式，每一记录的全息图像都包含有大量地信息。最近的研究计划使用亚微米的微型全息图像来实现可能的三维光存储解决方案。尽管这种数据存储方式无法达到基于页的数据存储的高数据率，这种方案的生产成本更低，技术障碍也更小。