1.脑损伤的研究
（1）拉什利训练大鼠走迷宫，然后切除它们大脑的不同部位，接着再测验它们对迷宫的记忆。结果发现：由大脑损伤引起的记忆损失程度与切除组织的数量成正比；皮质损伤得越多，记忆损害就越严重。记忆痕迹并不存在于特定的脑区，而是广泛分布于整个大脑中。
（2）德斯蒙对脑损伤病人的研究表明：小脑损伤会损坏经典条件作用动作反应的获得，影响程序记忆；纹状体是习惯的形成和刺激—反应间的联系的基础，它的损伤和病变会影响习惯的刺激—反应学习；大脑皮质负责感觉记忆以及感觉间的关联记忆，其中颞下回皮质的损伤会影响视觉的辨识和联想记忆，颞上回皮质的损伤会损害听觉识别记忆。杏仁核与海马组织负责事件、日期、名字等的表象记忆，也负责情绪记忆。脑的其他部位，如丘脑、前脑叶基部和前额叶也都与不同种类的记忆有关。
（3）当代神经科学的研究表明，尽管不同类型的知识是分开加工且分别定位于大脑的限定区域，但复杂信息的记忆是分布于很多神经组织的。
2.脑成像研究
（1）正电子成像术也叫PET扫描，能为人们提供更多的关于记忆神经基础的信息。如果要对人脑的工作过程进行PET扫描，先要给被试注射一种含有称为示踪物的放射性同位素的溶液。PET扫描的研究表明，情景记忆的编码和提取过程在大脑两半球之间的活动有显著的不同。情景记忆编码过程在左前额叶表现出不对称的高度脑活动，而情景记忆提取过程在右前额叶表现出高的脑活动。还有研究表明，右大脑前额叶更多地涉及情景信息提取，左大脑前额叶则更多地涉及语义信息提取。
（2）功能磁共振成像研究可以发现大脑中血液在磁化状态下的变化，因为这类变化取决于该点氧化的程度，而氧化程度的变化又可以用来推测局部大脑血液的变化。
3.记忆的神经过程研究
赫布认为短时记忆的活动过程只持续短暂的一段时间，而长时记忆则涉及神经系统结构上的改变，故较持久。它们有不同的神经生理机制。