Pamięć wirtualna oznacza oddzielenie pamięci fizycznej od pamięci logicznej dostępnej użytkownikowi. U podstaw tej idei leży obserwacja, że w każdej chwili tylko część pamięci procesu musi znajdować się w pamięci operacyjnej komputera -- ta część, która akurat jest używana przez proces. Jest to możliwe dzięki temu, że procesy charakteryzują się lokalnością -- w konkretnej chwili proces nie potrzebuje całej przydzielonej mu pamięci, a jedynie jej część. Pamięć logiczna może być więc większa niż fizyczna, wystarczy że nie używane w danej chwili obszary pamięci logicznej zostaną przeniesione na pamięć drugorzędną, np. na dysk. Taka pamięć drugorzędna używana do "udawania" pamięci operacyjnej jest nazywana obszarem wymiany.
Pamięć wirtualna zapewnia wykonywanym na komputerze procesom wrażenie posiadania własnej pamięci RAM, niezależnej od innych procesów. Ułatwia to tworzenie aplikacji, a także sztuczne zwiększenie ilości dostępnej pamięci poprzez wykorzystanie części dysku twardego do tego celu.