Der Begriff Cache-Invalidierung bezeichnet die Entscheidung darüber, wann zwischengespeicherte Daten nicht mehr aktuell sind und erneuert werden müssen. Erinnern Sie sich an das analoge Beispiel von oben: Die Arzthelferin agiert als Cache für den Arzt, indem sie bereits benutzte Ressourcen für den weiteren Gebrauch bereit legt. Da auf der Ablage nur ein begrenzter Platz bereitsteht, räumt die Arzthelferin während der Behandlung kontinuierlich auf. Bereits benutzte Ressourcen müssen entfernt, neue hinzugefügt werden. Unter Umständen entfernt die Arzthelferin auch eine Ressource, die der Arzt noch einmal benötigt. In diesem Fall kommt es konzeptuell zu einem Cache Miss. Die Arzthelferin muss die benötigte Ressource dann erst aufwendig lokalisieren.
Da der Cache Miss kostspielig ist, zielt die optimale Caching-Strategie darauf ab, diesen möglichst zu vermeiden. Andererseits kann das dazu führen, dass der Cache Daten ausliefert, die nicht mehr aktuell sind. Dieses Problem wird noch verschärft, wenn mehrere, hierarchisch angrenzende Caches aktiv sind. Es kann dann schwierig sein zu bestimmen, wann welche Daten im Cache als nicht mehr aktuell markiert werden sollen.
Liefert ein Cache Daten aus, die nicht mehr aktuell sind, führt dies oft auf der Seite des Anwenders zu seltsamen Problemen: Die besuchte Website hat Darstellungsfehler oder es erscheinen beim Datenabruf Fragmente aus der Vergangenheit. Mitunter kann es schwierig sein, die genaue Herkunft der Probleme zu ermitteln, weshalb in diesem Fall das Leeren des Cache die beste Lösung darstellt.