无服务器应用程序通过依赖外部存储服务来处理状态，而不是在运行时环境中维护它。由于无服务器函数在设计上是短暂且无状态的——这意味着每次调用都是全新的开始——请求或函数调用之间需要的任何数据都必须存储在函数本身之外。这通常使用数据库、缓存系统或对象存储来完成。例如，无服务器 API 可能会使用 Amazon DynamoDB 存储用户配置文件，或使用 Azure Cosmos DB 存储会话数据。这些服务提供持久、可扩展的存储，可以持续存在超出单个函数执行的生命周期。
开发人员经常结合使用数据库和缓存层来平衡性能和持久性。对于频繁访问的数据，例如用户偏好或临时会话令牌，分布式缓存（例如通过 AWS ElastiCache 或 Azure Cache 的 Redis）可以减少延迟。对于较大的文件，对象存储服务（例如 AWS S3 或 Azure Blob Storage）很常见。一个实际的例子是一个文件处理应用程序，其中无服务器函数将文件上传到 S3，触发一个包含元数据的数据库条目，并使用缓存来跟踪处理状态。这种分离确保状态在函数重启或扩展事件中幸存下来。
为了跨多个函数或工作流管理状态，使用了事件驱动模式和编排工具。诸如 AWS Step Functions 或 Azure Durable Functions 之类的服务允许链接函数，同时保持上下文。例如，一个电子商务结账流程可能会使用 Step Functions 来跟踪订单的支付、库存检查和发货更新——并将每个步骤的结果存储在共享状态对象中。客户端存储（如 cookies 或令牌）也可以分流状态管理，例如将会话 ID 存储在 JSON Web Token (JWT) 中，服务器根据数据库验证该令牌。这种方法使函数保持轻量级，同时确保一致的状态处理。