科學家認為記憶可分為短期記憶和長期記憶。短期記憶的實質是大腦的即時生理生化反應的重複，而長期的記憶則是大腦細胞內發生了結構改變，建立了固定聯繫。比如怎麼騎自行車就是長期記憶，即使已多年不騎了，仍能騎上車就跑。短期記憶是不牢固的細胞結構改變，只有"曲不離口、拳不離手"反覆加以鞏固，才會變成長期記憶。短期記憶是數量最多又最不牢固的記憶。一個人每天只將1％的記憶保留下來。
為了形成長期記憶，有數種可能的策略可將記憶內容由短期記憶移至長期記憶區。
1.善用編碼：
因為長期記憶以意碼為主，因此有意義的內容將有助於形成長期記憶。欲使短期記憶的內容產生意義，則需與舊有知識產生聯結 (編碼)，使內容與舊有知識產生掛勾，由舊有知識給予新資訊「意義」，則知識內容較容易被置於長期記憶中。若無法在舊有知識中找到與新資訊相類同的訊息，則可以利用「聯想法」，將新資訊建構出意義，以幫助記憶。許多人背誦八國聯軍是哪八個國家時，使用各國的諧音：「餓的話，每日熬一鷹」 (俄德法美日奧意英)以進行記憶即是利用聯想法將新資訊置入長期記憶中。
2.善用複習：
人類的記憶力並不佳，德國心理學家 Ebbinghaus 的研究發現，多數人現下讀的書，在二十分鐘之後只記得其中六成，到了隔天更是只記得其中的三成。但之後遺忘的速度較為趨緩，到了一個月後還能記得其中的兩成。可見，對「記憶」而言，第一天是記憶的關鍵時刻。研究發現，如果在閱讀後的九小時之內對閱讀的內容做一次複習，則可以有效提升長期記憶量。
為了形成良好結構的長期記憶，睡眠被認為是必要的因素。
短期記憶轉化為長期記憶，需要在大腦內部發生一些改變，來保護記憶免受競爭性刺激的幹擾或傷病的破壞。這種依賴於時間，藉此在我們的記憶中獲得一種永久性記錄的過程，被稱為鞏固。
記憶細胞與分子部分的鞏固，一般發生在學習過程的最初幾分鐘或幾個小時，並使一些神經元或神經元組合發生改變。系統水平的鞏固——涉及操控個體記憶處理過程的腦網絡的重組，可能需要幾天乃至幾年的時間，鞏固過程要緩慢得多。
影響表述性記憶（對一般事實和特殊事件的回憶）和邏輯性記憶的鞏固過程，依賴於大腦中海馬區和其他一些內側顳葉結構的功能。
在細胞水平上，記憶表現為神經元結構和功能方面的改變。一些新的突觸可能會形成，以便一些新的神經元網絡進行溝通聯繫（突觸是神經元之間的連接紐帶，神經元通過它們進行信息交換）。現有突觸也會得到強化，以加強神經元間的聯繫。
突觸聯繫要得到鞏固，大腦海馬區需要合成一些新的RNA和蛋白質，以便將突觸傳遞中的暫時性改變轉化為突觸結構的永久性改變。
隨著時間的推移，支配一切的大腦系統也會發生改變。首先，海馬區與新皮層（大腦的最外層）中的某些感覺加工區協同工作，形成新的記憶。在新皮層範圍內，某一事件的各個表徵根據內容，分布在多個大腦區域。例如，視覺信息由大腦背面枕葉中的初級視覺皮層加工處理，而聽覺信息則由大腦兩側顳葉中的初級聽覺皮層加工處理。
一旦某種記憶形成，海馬區迅速將這些分布的信息組合成一種記憶，因而分布於各個感覺加工區的表徵起著索引作用。隨著時間的推移，細胞和分子水平的改變為強化這些新皮層區之間的直接聯繫提供了方便，記憶也就不再依賴於海馬區。當海馬區受傷或因神經變性障礙而受到損傷，新記憶的形成受到阻礙時，也不會影響到已鞏固的過往事件的記憶。
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