Fyzická paměť počítače je omezená a OS je zodpovědný za její přidělování (alokaci) a odebírání (dealokaci) jednotlivým procesům. Fyzická paměť není přidělována procesům přímo, místo toho dostávají vyhrazený prostor v tzv. virtuální paměti a OS se stará o mapování mezi fyzickou a virtuální pamětí. Tento přístup má několik motivací: procesům lze přidělovat souvislé bloky virtuální paměti a fragmentovat mapování do fyzické (značné zjednodušení z pohledu procesu), je možné procesům přidělit více virtuální paměti, než je velikost té fyzické (a využít pevný disk k odkládání aktuálně nepotřebných částí virtuální paměti) a je jednodušší oddělení přístupu k paměti napříč procesy. OS totiž musí zajistit, že každý proces bude přistupovat jen k paměti, která mu byla alokována a nebude číst a měnit data ostatních procesů.