Считается, что в формировании и хранении долговременной памяти участвует большая часть коры головного мозга, но так как кора исследована очень мало, это, скорее, предположение. Для хранения конкретного воспоминания не существует определенного места: «зарубки» памяти в коре головного мозга разбросаны широко и к тому же многократно дублируются. Но уже замечено, что потеря памяти чаще всего происходит при поражениях лобных и височных долей мозга. Считается, что в процессе усвоения каких-либо знаний височная область устанавливает связь с местами хранения следов памяти.
Крупный русский невропатолог С. С. Корсаков в конце XIX века доказал непосредственное участие гиппокампа в процессе запоминания. В результате своих исследований он определил, что у больных с повреждениями обоих гиппокампов не наблюдается изменений личности, они вполне адекватно реагируют на происходящее, но уже через несколько минут начисто забывают обо всем, что недавно произошло. Также эти люди могут совершать математические и другие операции, но неспособны усваивать новую информацию. Они, например, не могут смотреть фильмы по телевизору, так как во время рекламы успевают начисто забыть содержание предыдущей части. Но если фильм воспроизводится целиком, то они могут, не забывая содержания, досмотреть его до конца. Поэтому считается, что гиппокамп обеспечивает перенос информации из кратковременной памяти в долговременную.
Исследование процессов памяти предвидел еще в начале прошлого века академик И. П. Павлов, говоря, что «настоящую теорию всех нервных явлений даст нам только изучение физико-химического процесса, происходящего в нервной ткани, фазы которого дадут нам полное объяснение всех внешних проявлений нервной деятельности, их последовательности и связи».
Уже в 1943 году, менее чем через десятилетие после смерти Павлова, шведский гистохимик Хиден высказал предположение, что основой мышления является обмен нуклеиновых кислот.
На сегодняшний день большинство популярных теорий памяти можно условно разделить на две группы. Основополагающая концепция первой группы — биохимические теории памяти, согласно которым поступающая извне в мозг информация кодируется в молекулах рибонуклеиновых кислот или других макромолекулах.
Концепция второй группы состоит в том, что процесс памяти заключается в создании новой структурированной системы, в образовании новых связей между нервными клетками. Среди достаточно авторитетных ученых немало сторонников каждой из этих групп теорий. Достаточно твердо пока можно сказать лишь одно: о процессах запоминания мы знаем очень мало.