V množstve teórií vysvetľujúcich pamäť, utvorených v súvislosti s jej experimentálnym skúmaním, prevláda názor, že základ tých procesov , ktoré súvisia s pamäťou, treba hľadať v trvalých zmenách istých mozgových štruktúr.
Veľa pokusov o vysvetlenie procesov pamäti nachádzame v prácach fyziológov. Schopnosť nervovej sústavy uchovávať a oživovať pamäťové stopy po zmenách, ktoré vyvolávajú podnety z psychických a psychosomatických procesov, sa považujú za základ pamäti.
Kde sa tvorí pamäťová stopa (dočasný spoj). Podľa kanadského neurochirurga W. Penfielda jestvuje údajne centrum, v ktorom sa „konzervuje“ skúsenosť. Iní autori (napr. Lashley) s tým nesúhlasia a tvrdia, že:
Pamäťové stopy sa utvárajú v celom nervovom systéme.
Pamäťová stopa nespočíva v pevnom spojení medzi istými neurónmi, ale v reorganizácii státisícov či miliónov nervových buniek. Zatiaľ je podstata tejto reorganizácie nejasná.
Fyzikálne teórie sa zvyčajne označujú aj ako teórie neurónových modelov. Proces utvárania a nasledujúca aktivizácia týchto modelov tvorí podľa nich mechanizmus zapamätávania, podržania a vybavovania.
Podľa biochemických teórií sa za nositeľa genetickej (dedičnej) pamäti považuje dezoxyribonukleová kyselina (DNK). Proteíny a ribonukleová kyselina (RNK) sa zase považuje za základ autogenetickej, individuálnej pamäti.
Teória pamäti stúpencov amerického konekcionalizmu )E: L: Thorndike, C. R. Guthrie, C. L. Hull a iní):
Teória stôp napr. J. A. Adamsa;
Skutočnosť, že doteraz nie je vypracovaná teória, ktorá by procesy pamäti vysvetľovala komplexne a jednoznačne.
K teóriám pamäti treba poznamenať, že v nervovej sústave vznikajú vplyvom psychickej činnosti aj zmeny všeobecnejšieho rázu, ktoré bezprostredne súvisia so zmenami všeobecných vlastností nervovej sústavy a intelektovej úrovni vôbec.