持续时间分类是对记忆最基本的，也是被广泛接受的分类。根据记忆持续的时间将其分为3 种不同的类型：感觉记忆、短时记忆和长时记忆。
短期记忆模型在过去25 年里为“工作记忆”所取代，由3 个系统组成: 空间视觉形成的短期视觉印象；声音回路储存声音信息，这可以通过内在不断重复长时间存在；中央执行系统管理这两个系统并将信息与长期记忆的内容建立联系。
长期记忆的内容不仅按主题，而且按时间被组织管理。一个新的经验，一种通过训练得到的运动模式，首先去到工作记忆作短期记录，在此信息可以被快速读取，但容量有限。出于经济原因考虑，这些信息必须作一定清理。重要的或者通过“关联”作用被联想在一起的信息会被输送到中长期记忆；不重要的信息会被删除。
记忆内容越是被频繁读取，或是一种运动被频繁重复进行，反馈就越是精细，内容所得的评价会提高，或是运动被优化。后面一点的意思是，不重要的信息会被删除，或是另存到其他位置。记忆的深度一方面和该内容与其他内容的连接数目有关，另一方面与情感对其的评价有关。
一氧化氮在中枢神经系统中有多种作用，它可能作为一种逆行信使参与海马的长时程增强（LTP）以及小脑的长时程抑制（LTD）过程。海马的长时程增强是发生于突触上的一种记忆模型，被认为是学习记忆的细胞基础。在长时程增强形成过程中，谷氨酸激活NMD 受体通道后，钙离子进入突触后膜，激活一氧化氮合酶，生成的一氧化氮从突触后扩散到突触前与鸟苷酸环化酶或二磷酸腺苷-核糖转移酶（ADPRT）作用，被激活的二磷酸腺苷-核糖转移酶可使其他二磷酸腺苷-糖酰化，进而离子通道活性发生改变，或使神经递质释放过程对钙的敏感性增加，从而导致突触前神经递质的释放增加，前突触传导，学习记忆形成。
