Większość współczesnych architektur procesorów wykorzystuje niewielkie, bardzo szybkie i niewspółdzielone pamięci podręczne (cache), umożliwiające rdzeniom procesorów znacznie krótszy czas dostępu do danych. W systemach NUMA utrzymanie spójności danych przechowywanych w pamięciach podręcznych wiąże się jednak z istotnymi wyzwaniami technicznymi i dodatkowymi obciążeniami.
Nawet prostsze systemy NUMA pozbawione mechanizmów spójności pamięci podręcznej (tzw. non-cache-coherent NUMA) okazały się trudne do programowania w klasycznym modelu architektury von Neumanna. W rezultacie wszystkie komputery NUMA dostępne na rynku wykorzystują specjalne mechanizmy sprzętowe, zapewniające spójność pamięci cache – takie systemy określane są jako cache-coherent NUMA (ccNUMA).
W sytuacji, gdy więcej niż jedna pamięć podręczna odwzorowuje ten sam obszar pamięci współdzielonej, spójność danych jest zazwyczaj utrzymywana dzięki komunikacji między kontrolerami pamięci podręcznej w procesorach. Rozwiązanie to wiąże się jednak ze spadkiem wydajności, szczególnie gdy wiele procesorów próbuje uzyskać dostęp do tego samego obszaru pamięci w krótkim czasie.