邏輯分析儀結構中，包含一個存儲控制單元，其中存儲器的大小就表示了邏輯分析儀的存儲深度。現代邏輯分析儀存儲數據的帶寬大多都非常巨大，例如廣州致遠電子有限公司的LAB6052邏輯分析儀的存儲帶寬為500MSps×32bit即16Gbps，而無論是數據傳輸（USB2.0數據速率為480Mbps）還是數據分析（PC軟件）過程，都無法實時完成，因此，邏輯分析儀只能將數據先暫存在存儲器中，然后再交給分析器分析。
如果需要不間斷的捕捉數據流，則要求邏輯分析儀有足夠大的存儲器以便記錄整個事件。存儲深度與采樣速度密切相關，您所需要的存儲深度取決于要測量的總時間跨度和所要求的時間分辨率，單次測量的時間越長、采樣頻率越高所需求的存儲深度就越大。
在傳統模式下，存儲深度×采樣分辨率=采樣時間，這意味著在保證采樣分辨率的前提下，大的存儲深度直接提高了單次采樣時間，即能觀察分析更多的波形數據；而在保證采樣時間的條件下，則可以提高采樣頻率，觀察到更真實的信號。