On admet généralement que l'information en mémoire est encodée sous forme de configurations spatio-temporelles d'activité dans des réseaux de neurones distribués et que le stockage de ces représentations repose sur des modifications acquises de la force synaptique au sein des réseaux activés par l'apprentissage. De nombreuses études montrent qu'un des mécanismes de l'apprentissage et de la mémoire au niveau cellulaire repose sur une forme particulièrement durable de plasticité, connue sous le nom de potentialisation à long terme. Les étapes-clés de ces mécanismes de plasticité commencent à être identifiées. Ils nécessitent l'activation de récepteurs spécifiques et un ensemble de cascades d'activations moléculaires permettant la conversion des signaux extracellulaires en changements fonctionnels de la connectivité neuronale. On découvre aussi que la régulation rapide de l'expression de nombreux gènes permet le remodelage durable des réseaux neuronaux à la base de la formation de traces mnésiques stables. Les avancées récentes dans la recherche des mécanismes cellulaires et moléculaires de la mémoire sont résumées.