הזיכרון הוא הכושר לשמר במוח מידע ולשוב ולהעלותו בעת הצורך. הזיכרון הנשמר מתחלק לשני סוגים עיקריים: זיכרון דקלרטיבי ופרוצדורלי.
הזיכרון הדקלרטיבי מורכב ממידע כללי עובדתי (כגון עובדות מסוימות, אירועים, אנשים, מקומות והתמצאות מרחבית) ובחיי היום יום מזוהה עם המילה "זיכרון".   הזיכרון הפרוצדורלי , מתואר כזיכרון של "איך" וקשור לרכישות  בלתי מודעות ולתיעול של מיומנויות פרוצדורליות ומוטוריות (כגון: רכיבה על אופניים) . זיכרון זה אינו עולה במודע, ולרוב נעזרים בו מבלי לדעת על קיומו (1) בנוסף לחלוקה לסוגי הזיכרון, מחלקים את הזיכרון ע"פ טווחי זמן : זיכרון קצר טווח וזיכרון ארוך טווח.
הזיכרון קצר הטווח הנו מוגבל בזמן וכמות המידע שיכול להכיל וכן רגיש להפרעות. ניסויים רבים (2) הראו כי ככל שהזיכרון מוקדם יותר ( כלומר ארוך טווח יותר) הוא עמיד יותר להפרעות שונות, אך קשה יותר לשליפה. לעומת זיכרון קצר הטווח, הזיכרון לטווח ארוך דורש סינטזת חלבונים ותאורטית אינו מוגבל בכמות המידע שיכול להכיל. הוא ממוקם במקומות רבים במוח ומאופיין בשינוי קבוע בחוזק הסינפטי (3).
ההיפוקמפוס המקושר לאונה הטמפורלית במוח הוא החלק האחראי ללמידה וזיכרון, הן זיכרון לטווח קצר והן זיכרון לטווח ארוך. (מקור השם בדמיון לסוסון ים) ההיפוקמפוס נמצא בחלק הצדדי של המוח ומהווה חלק מהמערכת הלימבית המקושרת בעיקר לרגשות, לאינסטינקטים שונים ולמערכת ההישרדות של האדם.(10) מחקרים מראים כי ההיפוקמפוס אומנם אחראי ליצירת זיכרונות חדשים (בעיקר זיכרון דקלרטיבי), אך אינו משחק תפקיד לאחר הקונסולידציה, כלומר אחסון המידע לא מתבצע בהיפוקמפוס אלא במקום אחר במוח.  המקרה של H.M (4) (אדם אשר בשל הפגיעה בהיפוקמפוס שמר על זכרונות ישנים, אך לא הצליח ליצור זיכרונות חדשים) הוביל להשערה כי לאחר עיבוד הזיכרון בהיפוקמפוס, המידע מועבר לאזורים אחרים במוח.
ההיפוקמפוס קשור גם לאחסון ועיבוד של זיכרון מרחבי. ניסויים הראו כי אצל אנשים שתפקידם ניווט וזכירת דרכים (כגון נהגי מוניות) (5), ההיפוקמוס גדול יותר מן הממוצע ובעל סינפסות רבות יותר.  ככל הנראה, ההיפוקמפוס אינו קשור ליצירה ואחסון זיכרון פרוצדורלי ופגיעה בהיפוקמפוס אינה פוגעת בהיווצרות זיכרונות מסוג זה(6).
קונסולידציית זיכרון מתייחס לתהליך של הפיכת המידע ממצבו ההתחלתי (לא יציב, שאפשר לשנותו) למצב יציב, יותר ועמיד להפרעות. ישנם שני סוגים של קונסולידציה: גיבוש קצר זמן הדורש דקות עד שעות ותהליך ארוך היכול להימשך שנים. Dudai (7) הגדיר שני סוגי גיבוש זיכרון אלה כ"סינפטי" ו"סיסטמטי" המשקפים את המיקום ברמת העצב או המערכת.
הזיכרון נשמר במוח באמצעות קשרים שבין הנוירונים. קונפיגורציה מסויימת של פעילות נוירונלית מאפשרת שימור זכרונות ואת שליפתם.  ע"פ חוק Hebb, על מנת לאחסן מידע יש צורך בחיזוק הקשר הסינפטי שבין שני נוירונים. החיזוק נוצר כאשר שני הנוירונים פעילים בו זמנית ותא אחד מעורר את התא השני לפעילות נוספת (8).
הדרך לאיחסון מידע בזכרון ארוך טווח בהכרח עוברת בשלב של איחסון בזכרון לטווח הקצר. תחילה, המידע החדש מאוחסן בזיכרון לטווח וקצר ולאחר חזרות על אותו המידע , עובר תהליך של קונסולידציה במוח והופך לזכרון לטווח הארוך. בתהליך הקונסולידציה, חלה סינטזת חלבונים חדשים וכן שינויים מבניים בקשרים שבין הנוירונים. מחקרים רבים מדגישים את חשיבות השינה לתהליך הקונסולידציה (9) ולמרות שטרם הובהרו המנגנונים המולקולריים המתרחשים במהלך השינה (וחשיבותם של שלבי השינה השונים), אין ספק כי ישנו קשר בין השינה לזיכרון.
תפקידיה של השינה אינם לגמרי ברורים וכן לא ברור הצורך המשתנה של האדם בשינה. ידוע כי מספר שעות השינה מתקצר עם הגיל וכן כתוצאה ממתחים (9).
  ההנחה הפופולרית היום היא שקיים קשר בין שינת REM לבין לימוד. סריקות מוח שנערכו לבעלי חיים בשנתם חיזקו סברה זו.
שינת REM מתארכת בימים שאחרי לימוד אינטנסיבי  וחסך בה צפוי לגרום לקשיים בזיכרון. אף על פי כן, מחקרים רבים אחרים דווקא מדגישים את החשיבות שבשינה העמוקה (NREM) לחיזוק תהליכי למידה וזיכרון (9).
ידוע כי במהלך השינה מופרשים הורמוני גדילה שונים (11)  וביניהם נויורוטרופינים. הנוירוטרופינים הם משפחה של חלבונים הדרושים להישרדות הנוירונים,לגדילתם והדיפרנציאציה של מערכת העצבים. תאים שאינם מקבלים חומרים אלו יעברו אפופטוזיס.
הנוירוטרופינים נקשרים  לרצפטורים ייעודיים על התאים ומפעילים שרשרת העברת סיגנל. בין הנוירוטרופינים המוכרים ביותר נמצאים -NGF(Nerve Growth Factor),BDNF-(Brain derived neutrophic factor), neutrophin 3(NT3) ו- neutrophin 4/5(NT4/5).
ישנן 2 קבוצות רצפטורים הקולטים נוירוטרופינים בתאי העצב:
ה-Trk receptor tyrosine kinase המכילה 3 סוגי רצפטורים : TrkA הקושר בעיקר NGF ,TrkB שקושר בעיקר  BDNF ו-NT4/5 ו TrkC הקושר בלעדית NT3.(NT3 ו NT4/5 יכולים להיקשר בריאקציה חלשה גם ל-TrkA) ה-p75 נוירוטרופין רצפטור השייך למשפחת ה-TNF(קבוצה גדולה של רצפטורים האחראית בעיקר להעברת סיגנל אפופטוטי לתאים).הקשירה של הליגנד לרצפטורים אלו בדר"כ חלשה בהרבה מהקשירה של אותם ליגנדים לרצפטורים מהמשפחה הראשונה.
תאי העצב זקוקים בדר"כ לשני סוגי הרצפטורים על מנת ליצור זיקה חזקה לליגנד. שיווי המשקל בין שני הרצפטורים הוא שיקבע האם התא יחיה או יעבור אפופטוזיס. בנוסף לתפקידם הקריטי בהישרדות תאי העצב, אחראים הנוירוטרופינים גם לפעולות נוספות במערכת העצבים בהם שחרור נוירוטרנסמיטורים, היפראלגסיה (רגישות יתר לכאב) והגדלת יעילות הסינפסות.
ה NGF הוא הנוירוטרופין העיקרי והנפוץ ביותר וגורם לגדילה והתמיינות של תאי עצב במערכת הסימפטטית ובתאי עצב סנסוריים.
ה-NGF הוא חלבון המורכב מ-3 סוגי שרשראות :  alpha, beta and gamma כשהשרשרת האחראית לפעילותו של החלבון היא ה-NGF beta.
בניגוד לשאר הנוירוטרופינים, NGF  מחייב הימצאות של רצפטורים משני הסוגים: הן p75 והן TrkA כשהיחס בין כמות שני הרצפטורים הוא שקובע האם ה-NGF יסגנל לאפופטוזיס או להישרדות.
 מיד לאחר היקשרות NGF לרצפטורים מופעלת שרשרת קינאזות, הרצפטור TrkA מאקטב את פעילות ras שמוביל לקסקדת MAP kinase כשהחלבון שמזורחן אחרון הוא ERK .(12) ERK1/2 extracellular signal-regulated kinases)) הם שני איזופורמים של משפחת    MAPK  (Mitogen-activated protein kinases  (של serine/threonine kinases. חלבונים אלה הם הקינאזות הסופיות ב- Ras signal transduction pathway והופכים אקטיביים לאחר פוספורילציה של טראונין ותירוזין ע"י MEK dual specificity kinases. , MEK דרוש לאקטיבציה של    ERK מפני שהוא קינאז המזרחן את איזורי הטירוזין והתראונין על ERK 1/2. (13) ERK1/2 קשורים לגופי תאים,  דנדריטים וסינפסות בנוירונים ומאוקטבים  בתגובה להרבה נוירוטרנסמיטורים ופקטורי גדילה (כמו NGF).
 ERK  גם מאוקטב ע"י למידה ו- LTP – long-term potentiation. בנוסף, ERK נחוץ לזכרון ארוך טווח במשימות שונות ובמינים שונים.(14) ERK1/2 נחשבים כפעילים בנקודות חיבור בהרבה סיגנלים ביוכימיים מפני שהם פעילים במגוון רחב של סיגנלים חוץ תאיים, עוברים זרחון מהיר של טירוזין ותראונין ומאד שמרניים.
לאחרונה ERK מאוקטב נמצא בחיבורים focal adhesions)) , מה שמציע, שבנוסף להשתתפותו בשעתוק גנים והמשכיות מחזור התא, ERK משחק תפקיד בחיבורי תאים ודינמיקת הציטוסקלטון.(13)