1.刺激痕迹
　　20世纪初，西蒙和海林(Simon&Heling)提出，记忆是“保持痕迹的能力”。之后，有人相信人脑中有记忆痕迹的存在。如当人们记住一个名字时，人脑中就有一个代表那个名字的痕迹存在。最初这种痕迹具有电流的性质，很容易消失，以后经过多次强化，这种痕迹发生了化学性质和组织上的变化，因而成为记忆的烙印。这种记忆痕迹和烙印是活动的，没有一定的部位。这种看法虽有一定道理，但还不能说明记忆的本质。
　　2.突触结构
　　有研究者对突触以及单个脑细胞的电生理活动进行了大量研究，结果发现，刺激的持续作用可使神经元的突触发生变化。例如，神经元的轴突末梢增大，树突增多、变长，突触间隙变窄，突触内的生化变化使相邻的神经元更易于相互影响，等等。这一看法得到不少实验的支持。例如，将刚生下的一窝小白鼠分为两组，一组饲养在有各种设备和玩具、内容丰富的环境里，另一组放在没有任何设备的贫乏的环境里。30天后，发现前一组白鼠的大脑皮层在重量和厚度上均比后一组白鼠有所增加，突触数目也增多，脑中与学习有关的化学物质的浓度较高，学习行为表现得较好。因此，有人认为突触结构的变化，可能是长时记忆的生理基础。
　　3.核糖核酸
　　20世纪60年代，分子生物学兴起，人们对生物大分子在大脑活动过程中作用的研究有较大进展，这就为在分子水平上揭示记忆之谜打下了基础。特别是发现脱氧核糖核酸(DNA)借助核糖核酸(RNA)传递遗传信息的机制，这使得一些心理学家假定，个体记忆经验是由神经元内的核糖核酸的分子结构来承担的。这种假设可以由学习引起的神经活动改变与之有关的那些神经元内部核糖核酸的细微化学结构来加以证实。瑞典神经生物化学家海登(H.Hyden)训练小白鼠走钢丝，然后进行解剖，发现鼠脑内与平衡活动有关的神经元的RNA含量显著增加，而且组成成分也有变化。海登据此认为，大分子是信息的储存库，RNA和DNA是记忆的化学分子载体。后来有人又做了其他实验，结果发现将抑制RNA产生的化学物质注射到动物脑内，会使学习能力显著减退或完全消失，而用促进RNA产生的化学物质注入动物脑内，则能提高动物的学习能力，这进一步证明RNA本身的变化是记忆和学习的物质基础。
　　4.反响回路
　　通过脑电现象和神经结构的研究，有人认为反响回路是记忆的生理基础。反响回路是指神经系统中皮层和皮层下组织之问存在某种闭合的神经环路。

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