Физическую основу сенсорной памяти, как предполагают, составляет возбуждение чувствительных рецепторов и нейронов таламуса. Нейрофизиологическую основу кратковременной памяти образует, по-видимому, циркуляция нервных импульсов по нейрональным цепям на всём пространстве головного мозга, начиная от зрительного бугра и вплоть до лобных отделов коры больших полушарий мозга. Материальным субстратом долговременной памяти полагают биохимические механизмы в нервных клетках, протекающие с участием рибонуклеиновой кислоты и специфических белков. Предположение о существовании особого вещества памяти, находящегося в определённых нейронах большого мозга, подтверждения не получило. Подчёркивание роли синапсов в процессах памяти представляется спорным. Совершенно ясно, что дисфункция синапсов влечёт расстройство памяти, но лишь в той степени, в какой нарушаются пути нервной проводимости и активность соответствующих нейропсихологических структур.

Повидимому, главную роль в процессах памяти играют всё же нейроны, именно в них хранится вся информация, поступающая в головной мозг по сенсорным каналам. Некоторое значение в обеспечении процессов памяти имеет, возможно, и нейроглия, от функционирования которой зависит рабочее состояние нейронов.

Имеются в виду функциональные аспекты памяти, различаемые в зависимости от характера информации, а также способов её фиксации и репродукции. Выделяют следующие виды памяти:

– образная память – следы памяти, воспроизведение которых влечёт появление в сознании индивида наглядных и мысленных образов различной сенсорной модальности. В первую очередь это иконическая (зрительная) и эхоическая (слуховая) память. Название «иконическая» происходит от греческого eikon – изображение, «эхоическая» – от греческого Echo – имя нимфы, наказанной за болтливость так, что она могла повторять лишь окончания чужих слов (в экспериментах на слуховую память лучше воспроизводятся начальные слова ряда и слова в его окончании, причём последние слова ряда вспоминаются с точностью, напоминающей эхо). Другие виды образной памяти, такие как обонятельный, вкусовой, тактильный, кинестетический и т. д., специальных названий не получили;

– эмоциональная память – следы памяти, в которых хранится отношение индивида к тем или иным явлениям и событиям. Эти следы актуализируются только при непосредственно контакт с соответствующим явлением, произвольно вызвать у себя чувство вины или радости невозможно. Эмоциональная память относится к числу наиболее прочных, она сохраняется даже у пациентов с выраженным слабоумием. Негативное отношение к определённым ценностям характеризует такие феномены, как стыд, совесть и связанные с ними эмоции (чувство вины, недовольство собой и др.). Совесть, как и чувство стыда, не обладает побудительной силой, но она блокирует неприемлемые для сознания индивида побуждения. Представление о том, что совесть универсальна и одинакова у людей разных эпох, культур и социальных групп, не соответствует действительности, оно заимствовано из христианской этики. Эмоциональная память, точнее, её следы формируется, в основном, в раннем детстве. Позитивное отношение к ценностям существования хранят следы памяти об идеалах индивида. Идеалы обладают значительной побудительной силой, порой превосходящей воздействие на поведение со стороны потребностей организма;

– эпизодическая память – следы памяти, которые, по мнению Э. Тульвинга, содержат пометки о том, где, когда и каким образом была получена соответствующая информация;