記憶有堅實的生物學基礎(chǔ)，大腦中與記憶有關(guān)的主要部分是杏仁核、海馬體、小腦和前額皮質(zhì)。

海馬體

位于大腦顳葉的海馬體（Hippocampus）是情景記憶形成的地方，并為以后的記憶建立索引，情景記憶是生活中特定事件的記憶。1953年，一位名叫Henry Molaison的患者在接受癲癇手術(shù)時，接受了海馬體的手術(shù)切除。之后他的癲癇被治愈，又健康地活了55年。然而，海馬體切除手術(shù)后他只能形成持續(xù)幾分鐘的情景記憶，完全無法永久存儲新信息。結(jié)果，Molaison的記憶大多局限于手術(shù)前幾年發(fā)生的往事。這表明，雖然海馬體對于記憶儲存至關(guān)重要，但它不是永久記憶儲存的場所。

杏仁體

杏仁體（Amygdala）的主要功能是調(diào)節(jié)情緒如恐懼，杏仁核在記憶的儲存過程中起著重要作用，對記憶具有情感意義，記憶的儲存受到應激激素的影響，強烈的情感記憶（例如與羞恥、喜悅、愛或悲傷有關(guān)的記憶）很難被忘記，杏仁體能在情緒激動的時候幫助記憶編碼。例如，對老鼠的恐懼反應進行實驗，在巴甫洛夫條件反射作用下，將特定聲音與對老鼠電擊相匹配。使老鼠對聲音產(chǎn)生恐懼記憶。在條件反射后，每次他們聽到聲音，都會產(chǎn)生恐懼，表明老鼠對即將到來的電擊有了記憶。然后研究人員誘導杏仁體外側(cè)神經(jīng)元細胞死亡后，科學家發(fā)現(xiàn)老鼠的恐懼記憶消失了。

小腦

小腦（Cerebellum）在程序性記憶的學習中起著重要作用。練習技能和運動學習，例如需要協(xié)調(diào)和精細運動控制的演奏樂器、開車和騎自行車都是需要程序性記憶的技能。小腦更多地參與運動學習，參與協(xié)調(diào)運動的時間和準確性，小腦的損傷會導致運動障礙。海馬受損的人也許還能記得如何彈鋼琴，但卻記不住生活中的某件具體事情。但小腦受損的人會有相反的問題：只記住陳述性記憶，但彈鋼琴的程序性記憶受損。

記憶的位置——單個神經(jīng)元

2012年，麻省理工學院的研究人員首次證明記憶是物質(zhì)的，儲存在特定的腦細胞中。研究人員使用了光遺傳學，觸發(fā)經(jīng)過修飾的神經(jīng)細胞。通過觸發(fā)一小簇神經(jīng)元，研究人員能夠迫使受試者回憶起特定的記憶。而如果移除這些神經(jīng)元，受試者將失去記憶。