Согласно теории Геринга, всякий раздражитель оставляет физиологический след, или отпечаток, который и лежит в основе последующего воспроизведения. Семон, возражая против материальных отпечатков, рассматривает раздражитель как энергетическое воздействие, которое изменяет возбудимость материи. Эти изменения материи Семон называет энграммами. Каждая нервная энграмма может при известных условиях дать экфорию, т. е. репродукцию.

В основе памяти лежат физиологические процессы, которые у человека протекают в полушариях головного мозга. Всякое поражение коры в той или иной мере нарушает возможность выработки новых навыков. Амнезии (расстройства памяти) вызываются обычно нарушениями нормального функционирования коры.

Как и все сложные психические процессы, память не допускает, однако, упрощенной локализации в духе старых локализационных теорий. Патология с полной определенностью доказала, что отдельные гистологические элементы не являются хранителями отдельных представлений. Память основывается на сложных динамических сочетаниях последействий процессов возбуждения (или динамических стереотипах, пользуясь терминологией И. П. Павлова). Наличие этих последействий создает благоприятные условия для дальнейшего восстановления процессов возбуждения, благоприятствуя воспроизведению при соответствующих условиях уже имевших место процессов.

Относительно природы этих физиологических последействий существуют различные теории. По большей части физиологический процесс, лежащий в основе памяти, сводят к проторению нервных путей. Всякое возбуждение распространяется сначала диффузно по коре; оно встречает меньшее сопротивление со стороны тех нервных элементов, которые функционируют в данное время или недавно функционировали; эти элементы дренируют возбуждение. В результате проторяются и при повторении все более стабилизируются пути, по которым впредь пойдет возбуждение. Мозговые следы представляются при этом как изменения сопротивляемости; их распределением объясняется то, что возобновляющееся раздражение вызывает целый пучок связанных с ним в прошлом раздражении.

Для понимания физиологических основ памяти существенное значение имеет учение И. П. Павлова об условных рефлексах. В нервных механизмах условного рефлекса, в принципе нервного замыкания как основы образования временных связей Павлов вскрыл физиологический механизм ассоциаций по смежности, которые являются существенной основой элементарных форм памяти. При этом исследования Павлова, преодолевая упрощенческие представления вульгарного ассоцианизма о проторении путей, вскрыли процессы, составляющие физиологическую основу образования условно временных — ассоциативных — связей во всей их реальной сложности, обусловленной открытыми Павловым закономерностями возбуждения и торможения, концентрации, иррадиации и индукции в деятельности коры.