感測放大器是偵測從記憶體單元讀出的極微小電壓差，並放大到能清楚判斷是「0」還是「1」的電路。在 DRAM 與 SRAM 中，1 個單元能輸出的訊號只有數十～百數十 mV 左右，直接交給邏輯電路無法判斷。比較 1 對位元線（BL 與 BLB）的電位差，將其中一條拉到電源電壓、另一條拉到 0V，就是感測放大器的作用。
在 DRAM 中，讀出前先將位元線設為電源電壓的一半（VDD/2）（預充電），再開啟字元線，讓單元電容的電荷流到位元線。這時若單元中有電荷，電位會略微上升；若沒有則略微下降。這個差異由 2 個反相器相對連接而成的閂鎖型感測放大器放大。放大後的電壓會直接寫回單元，因此 DRAM 的感測放大器在讀出的同時也負責再寫入（restore）。
微縮使單元電容的電容值變小後，位元線上出現的訊號會更小。因此，構成感測放大器的電晶體特性偏差（offset），會直接導致讀取錯誤。感測放大器大量排列在單元陣列的兩側，佔晶片面積的比例也大，在 3D DRAM 與 CMOS under Array 結構中，正在研究將感測放大器等周邊電路放在單元下方以節省面積。
