持續時間分類是對記憶最基本的，也是被廣泛接受的分類。根據記憶持續的時間將其分為3 種不同的類型：感覺記憶、短時記憶和長時記憶。
短期記憶模型在過去25 年裡為「工作記憶」所取代，由3 個系統組成: 空間視覺形成的短期視覺印象;聲音回路儲存聲音信息，這可以通過內在不斷重複長時間存在;中央執行系統管理這兩個系統並將信息與長期記憶的內容建立聯繫。
長期記憶的內容不僅按主題，而且按時間被組織管理。一個新的經驗，一種通過訓練得到的運動模式，首先去到工作記憶作短期記錄，在此信息可以被快速讀取，但容量有限。出於經濟原因考慮，這些信息必須作一定清理。重要的或者通過「關聯」作用被聯想在一起的信息會被輸送到中長期記憶;不重要的信息會被刪除。
記憶內容越是被頻繁讀取，或是一種運動被頻繁重複進行，反饋就越是精細，內容所得的評價會提高，或是運動被優化。後面一點的意思是，不重要的信息會被刪除，或是另存到其他位置。記憶的深度一方面和該內容與其他內容的連接數目有關，另一方面與情感對其的評價有關。
一氧化氮在中樞神經系統中有多種作用，它可能作為一種逆行信使參與海馬的長時程增強(LTP)以及小腦的長時程抑制(LTD)過程。海馬的長時程增強是發生於突觸上的一種記憶模型，被認為是學習記憶的細胞基礎。在長時程增強形成過程中，谷氨酸激活NMD 受體通道後，鈣離子進入突觸後膜，激活一氧化氮合酶，生成的一氧化氮從突觸後擴散到突觸前與鳥甘酸環化酶或二磷酸腺甘-核糖轉移酶(ADPRT)作用，被激活的二磷酸腺甘-核糖轉移酶可使其他二磷酸腺甘-糖酰化，進而離子通道活性發生改變，或使神經遞質釋放過程對鈣的敏感性增加，從而導致突觸前神經遞質的釋放增加，前突觸傳導，學習記憶形成。
