体全息存储是最早研究的光存储技术之一，主要原理是利用存储材料(Fe:LiNO3,Polymer等)的光折变特性存储信息,并利用相应的输入输出器件(SLM,CCD)实现信息的记录和读出。
一般的光学体全息数据存储机理可简单描绘为：待存储的数据（数字或模拟）经ＳＬＭ被调制到信号光上，形成一个二维信息页，然后与参考光在记录介质中发生干涉，利用材料的光折变效应形成体全息图，从而完成信息的记录；读出时使用和原来相同的参考光寻址，可以读出相应的存储在晶体中的全息图，然后使用光信号探测器件如ＣＣＤ将读出的图像输入到计算机中（如图）。体全息记录之所以能够实现多维复用，是因为体全息图的布拉格角度选择性以及布拉格波长选择性都非常高，也就是说通过改变参考光的入射角度或波长，就可以在一个单位体积内复用多幅图像，实现多重存储，达到超高密度存储的目的。
ａ）存储密度高、容量大：采用全息的方法能将信息存储在介质的整个体积中，利用体全息图的布拉格选择性，可在同一存储体积内复用存储很多全息图，在可见光谱中存储密度可达１０１２ｂｉｔ／ｃｍ虬２｜，按存储位计算体密度的上限为Ｉ／Ｘ¨３１；
ｂ）数据传输速率高、寻址速度短：全息存储中信息以页为单位，可实现并行读写，从而达到极高的数据传输率。同时全息数据库可用电光偏转、声光偏转等无惯性的光束偏转或波长选择等手段寻址，无需磁盘和光盘存储中的机电式读写头，目前采用多通道并行探测阵列的全息存储系统的数据传输率将有望达到１Ｇｂｉｔ／ｓ，数据访问时间可降至亚毫秒范围或者更低；
ｃ）数据冗余度高：与传统磁盘和光盘的按位存储方式不同，全息记录是分布式的，存储介质的缺陷和损伤只会使得信号强度降低，而不致于引起数据丢失；因而体全息存储数据冗余度高，鲁棒性好，抗噪声能力强；
ｄ）存储寿命长：存储介质记录的信息可保持３０年以上。
体全息存储系统的小型化和集成化是体全息存储所追求的又一个重要目标，许多研究机构都致力于小型化的研究，例如，加州理工学院研制的可擦写全息存储系统ＨＲＡＭ（ＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓ物写入光组贝器Ｍｅｍｏｒｙ），该系统主要包括一个同时实现空间光调制功能和信息检测功能的光电集成电路集成的ＤＨＲ（ＤｙｎａｍｉｃＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＲｅｆｒｅｓｈｅｒ）芯片，一块铌酸锂晶体，两个分束镜，两个反射镜和垂直腔表面发射激光器阵列。尺寸仅为１ｃｍ×２ｃｍ×２ｃｍ，容量为１Ｇｂｉｔ，寻址时间为１００１山ｓ，记录速度为１０Ｍｂｉｔ／ｓ，读出速率为１００Ｇｂｉｔ／ｓ。在此基础上，ＪＰＬ实验室研制出了一种紧凑型体全息存储系统，该方案拟用１０×１０阵列结构，每单元存储容量达１Ｔｂｉｔ。该方案采用了紧凑的光学位相阵列器件光束驱动空间光调制器的级联，实现无移动部件的高密度存储；同时该器件的发展有望将系统单元的传输率由目前的２００Ｍｂｉｔ／ｓ提高到２Ｇｂｉｔ／ｓ。该研究项目直接面向美国的空间计划，具有很大的实用前景。