Fundamentalmente, estamos hablando de dos grandes estructuras neuroanatómicas: las estructuras subcorticales y las estructuras corticales. En las estructuras subcorticales hablaríamos del hipocampo, el cerebelo, la amígdala y los ganglios basales mientras que en las estructuras corticales hablaríamos del lóbulo frontal, el lóbulo temporal, el lóbulo parietal y el lóbulo occipital todas estas estructuras cerebrales se encargarían de los procesos básicos de memoria - ya mencionados- y albergarían las diferentes memorias.
El hipocampo es una estructura cerebral que forma parte de las estructuras subcorticales del cerebro. Así mismo, el hipocampo forma parte del sistema límbico y se localiza junto al lóbulo temporial medial. Estaría integrado- como hemos dicho antes- en el sistema límbico que es parte del cerebro que incluye el tálamo, el hipocampo, la amígdala, el cuerpo calloso, el sesto y el mesencéfalo que regula las emociones, la memoria, la atención, el hambre, los instintos sexuales o la conducta. El hipocampo, a su vez, está compuesto por otras dos estructuras, el Asta de Amnon y el giro dentado. El hipocampo está involucrado en la codificación de los recuerdos así como implicado en la consolidación de la memoria a través de la transformación de los recuerdos al pasar de la memoria a corto plazo a la memoria a largo plazo. Daños en el hipocampo pueden producir amnesia anterógrada, impidiendo la creación de nuevos recuerdos, y por tanto, dificultando la codificación de recuerdos.
El cerebelo es una estructura subcortical que se localiza en la parte posterior del cerebro, cerca de la médula espinal. El cerebelo desempeña un papel central en el aprendizaje motor y en el aprendizaje de recuerdos procedimentales, esto es, de aquellas habilidades que requieren de un cierto grado de coordinación y control de la motricidad fina como conducir un coche o tocar un instrumento. El cerebelo está involucrado en el aprendizaje motor a un nivel general, y los daños que puede sufrir redundarán en dificultades para ejecutar movimientos. Es el responsable de la coordinación de la precisión y organización temporal de los movimientos así como de cambios destinados a mejorar estas habilidades. Por último, el cerebelo juega un papel relevante en la memoria procedimental o implícita.
La amígdala - o también denominada como cuerpo amigdalino o complejo amigdalino- es un conjunto de núcleos cerebrales que está presente en ambos hemisferios cerebrales y que se localiza en los lóbulos temporales. La amigdala está asociada con el aprendizaje emocional y la memoria emocional, en la medida que es responsable de dar respuesta a estímulos emocionales, especialmente el miedo. También, está asociada con las emociones en general y con el hambre y el deseo sexual. La amígdala está involucrada en la consolidación de la memoria, es decir, en el proceso de transferir la información desde la memoria a corto plazo o la memoria de trabajo hasta la memoria a largo plazo. A este proceso, se le denomina "modulación de la memoria". La amígdala trabaja para codificar en la memoria la información emocional reciente. Cuanto mayor sea el nivel de activación emocional de la amígdala respecto a un suceso concreto, mayor será la probabilidad de que éste sea recordado posteriormente. Por tanto, los recuerdos serán procesados a un nivel más profundo y serán más resistentes al olvido.
Y, por último, Los ganglios basales- o también llamados núcleos basales- son un grupo de núcleos cerebrales formados por los núcleos subtalámicos, el globo pálido, la sustancia negra, el estriado ventral y el estriado, éste, a su vez, formado por el putamen y el caudado. Los ganglios basales están interconectados con el tálamo, la corteza cerebral y el tronco encefálico y están localizados en el lóbulo temporal medial. Las funciones básicas de los ganglios basales son fundamentalemente tres: la cognición, el aprendizaje y el control de actividades motoras. Los ganglios basales también están relacionados con la memorización de procesos inconscientes relacionados con la memoria implícita. Se cree muy concretamente que el caudado está implicado en el aprendizaje basado en el condicionamiento operante, al permitir el aprendizaje y el recuerdo de las asociaciones de nuevas conductas en función de sus consecuencias. Se han asociado los daños en los ganglios basales a una disfunción en el aprendizaje y la adquisición de habilidades perceptivas- motoras. Daños que también afectan a la memoria de trabajo que presenta déficits a la hora de alternar la ejecución de distintas tareas simultáneas.