A memória de longa duração constitui um estágio do modelo de memória dual proposto por Atkinson-Shiffrin, podendo ser armazenada por longos períodos de tempo. Enquanto as memórias de curta duração e de trabalho persistem por aproximadamente 18 a 30 segundos, o conhecimento informativo pode permanecer como memória de longa duração indefinidamente. A memória de longa duração também é comumente chamada de memória explícita (declarativa),episódica, semântica, autobiográfica e implícita (memória processual). 

Modelo de memória dual De acordo com George A. Miller, cujo artigo em 1956 popularizou a teoria do "mágico número sete", a memória de curto prazo é limitada a um certo número de "chunks" de informação, enquanto a memória de longo prazo possui armazenamento ilimitado.

Modelo de memória de Atkinson-Shiffrin Conforme o modelo de memória de armazenamento dual proposto por Richard C. Atkinson e  Richard Shiffrin em 1968, memórias podem permanecer em um "buffer"  por um período limitado enquanto as associações são simultaneamente reforçadas na memória de longo prazo. Quando itens são apresentados pela primeira vez, estes ingressam na memória de curto prazo, porém devido a limitação de espaço, itens mais antigos são descartados em função da entrada de outros novos. Todavia, cada vez que um item na memória de curto prazo é repetido ou ensaiado, reforça-se sua associação na memória de longo prazo. Igualmente, quanto mais tempo um item permanece na memória de curto prazo, mais forte torna-se sua associação com a memória de longo prazo."Fonte:<Atkinson, R.C.; Shiffrin, R.M. (1968)>.

Modelo de memória de trabalho de Baddeley Em 1974 Alan Baddeley e Hitch propuseram uma teoria alternativa de memória de curto prazo:o modelo de memória de trabalho de Baddeley. De acordo com esta teoria, a memória de curta duração está dividida em diferentes sistemas escravos para diferentes tipos de itens de entrada existindo um controle executivo supervisionando quais itens entram ou saem destes sistemas. Os sistemas escravos incluem o loop fonológico, o bloco de desenho viso-espacial e o buffer episódico (posteriormente adicionado por Baddeley).

Codificação da informação De acordo com  Baddeley, a memória de longa duração codifica a informação de forma semântica para a armazenagem. Na visão, a informação necessita entrar na memória de trabalho antes de ser armazenada em memória de longa duração. Isto está evidenciado pelo fato de que a velocidade na qual a informação é armazenada em memória de longa duração  é determinada pela quantidade de informação que pode ser ajustada em cada fase, em memória visual de trabalho. Em outras palavras, quanto maior a capacidade da memória de trabalho para certos estímulos, mais rápido estes materiais serão aprendidos.

Consolidação sináptica refere-se ao processo pelo qual itens são transferidos da memória de curta duração para a memória de longa duração. Após os primeiros minutos ou horas após a aquisição, o traço de memória é codificado nas sinapses, tornando-se resistente (embora não imune) a interferências de fontes externas.

Como a memória de longa duração está sujeita a desaparecer no processo natural de esquecimento, ensaios de manutenção (várias lembranças/recuperações de memória) podem ser necessárias para preservar estas memórias. Recuperações individuais podem ser realizadas em intervalos crescentes de acordo com o princípio de repetição espaçada. Isto pode acontecer muito naturalmente através da reflexão ou lembrança deliberada (também conhecida como recapitulação), muitas vezes dependente da percebida importância do material. O uso de métodos de teste como forma de recuperação pode levar ao Efeito do teste, que auxilia a memória de longo prazo através da recuperação de informações e feedback.

Sono Algumas teorias consideram o sono um importante fator no estabelecimento de memórias de longa duração bem organizadas. (Veja também sono e aprendizado.) Dormir desempenha uma função chave na consolidação de novas memórias."Fonte:<Ruch, S et al (2012)>.

De acordo com a teoria de Yarnow, memórias de longa duração são armazenadas em formato de sonho (similar aos achados de Penfield & Rasmussen na qual as excitações elétricas do córtex produzem experiências similares aos sonhos). Durante o estado de vigília uma função executiva interpreta a memória de longa duração consistente com a verificação da realidade (Tarnow 2003). A teoria ainda propõe que a  informação armazenada na memória, independente de como tenha sido aprendida, pode afetar a performance em um tarefa particular sem o sujeito estar consciente da utilização desta memória. Acredita-se que traços recém adquiridos de memória declarativa são reativados durante o sono não REM a fim de promover a transferência hipocampo-neocortircal para armazenagem de longo prazo. Especificamente, novas memórias declarativas são melhor lembradas se a recordação suceder o estágio II de sono não REM. A reativação de memórias durante o sono pode levar a alterações sinápticas duradouras em certas redes neurais. É a alta atividade de fuso e de ondas delta juntamente com a baixa atividade oscilatória durante o sono não REM que contribui para a consolidação da memória declarativa. Ao aprender antes de dormir, fusos são redistribuídos a estados neuronais ativos com baixas oscilações. Acredita-se que os fusos de sono induzem alterações sinápticas e portanto contribuem para a consolidação da memória durante o sono. Aqui nós examinamos o papel do sono no teste de reconhecimento de localização de objetos, um teste muito  comparado a outros tipicamente aplicados para avaliar a memória declarativa humana: um teste único, hipocampo-dependente, não estressante e com a possibilidade de ser repetido no mesmo animal. A privação de sono reduz a vigilância ou o nível de despertar, afetando a eficiência de certas funções cognitivas como o aprendizado e a memória.

A teoria de que o sono beneficia a retenção de memória não é uma ideia nova. Esta já havia sido proposta desde a experiência sobre o esquecimento de Ebbinghaus em 1885.  Estudos mais recentes tem sido conduzidos por Payne, Holtz e outros. Nos estudos de Payne  os participantes foram selecionados aleatoriamente e divididos em dois grupos. A ambos os grupos foram entregues pares de palavras relacionadas semanticamente ou não, porém a um grupo foi entregue a informação as 09 da manhã e outro grupo recebeu a informação as 09 da tarde. Os participantes foram então testados sobre os pares de palavras em um de três intervalos, aos 30 minutos, 12h ou 24 horas após. Constatou-se que os participantes que tiveram um período de sono entre o aprendizado e os experimentos se saíram melhor nos testes de memória. Esta informação está de acordo com outros resultados descobertos previamente por Jenkins e Dallenbach (1924). Constatou-se também que muitos domínios da memória declarativa são afetados pelo sono, como a memória emocional, memória semântica e a codificação direta. "Fonte: < Payne, D. J et al, 2012>

Holtz, descobriu que o sono não afeta somente a consolidação de memórias declarativas mas também processuais. Neste experimento,foram ensinados pares de palavras (os quais representam memória declarativa) e uma tarefa de toque de dedo (memória processual) a cinquenta participantes adolescentes em uma de duas horas diferentes do dia. Descobriu-se que a tarefa processual de toque de dedo foi melhor codificada e lembrada diretamente antes de dormir, no entanto o teste declarativo de pares de palavras foi melhor recordado e codificado se aprendido as três horas da tarde. "Fonte: < Holz, J et al, 2012>

Divisões O cérebro não armazena memórias em uma estrutura unificada, como ocorre em um disco rígido de computador. Ao invés disso, diferentes tipos de memórias são armazenadas em diferentes regiões cerebrais. A memória de longo prazo é tipicamente dividida em duas grandes categorias: memória explícita e memória implícita."Fonte: <Atkinson, R.C et al 1968>

Memória explícita A memória explícita (memória declarativa) refere-se a todas as memórias conscientemente disponíveis. Estas são codificadas pelo hipocampo, córtex entorrinal e perirrinal, no entanto são consolidadas e armazenadas em outras regiões do cérebro. A localização precisa de armazenagem não é sabida, contudo o córtex temporal tem sido proposto como um possível candidato. Pesquisas conduzidas por Meulemans e Van der Linden (2003) constataram que pacientes amnésicos com dano no lobo temporal medial tiveram pior desempenho em testes de aprendizado explícito em relação aos controles saudáveis. No entanto estes mesmos pacientes amnésicos obtiveram a mesma performance em relação aos controle saudáveis em testes de memória implícita. Isto implica o forte envolvimento do lobo temporal medial na aprendizagem explícita, mas não na aprendizagem implícita. "Fonte: <Meulemans et al (2003); Aggleton, John P (2008)>

A memória declarativa possui três principais subdivisões:

Memória episódica Memória episódica refere-se a memória para eventos específicos no tempo, além de apoiar a sua formação e recuperação . Alguns exemplos de memória episódica seriam a lembrança do nome de alguém junto com os acontecimentos desta última interação. Experimentos conduzidos por Spaniol e outros indicaram que  idosos tem piores memórias episódicas do que adultos jovens porque a memória episódica é dependente do contexto."Fonte:<Spaniol, J et al(2006)>

Memória semântica Memória semântica refere-se ao conhecimento sobre informação real, como o significado das palavras. Memória semântica é uma informação independente como as informações lembradas para um teste."Fonte< Wood, et al (2011)> Em contratste com a memória episódica, idosos e adultos jovens não demonstram muita diferença na memória semântica, provavelmente porque este tipo de memória não depende do contexto."Fonte< Spaniol et al (2006)>

Memória autobiográfica Memória autobiográfica refere-se ao conhecimento sobre os eventos e as experiências pessoais da vida de um indivíduo. Embora similar a memória episódica, esta diferencia-se pelo fato de que contém somente as experiências relacionadas diretamente ao indivíduo, ao longo de toda a sua vida. Conway e Pleydell-Pearce (2000), argumentam que esta é um componente do sistema de auto-recordação."Fonte: <Conway et al (2000)>

Memória implícita Memória implícita (Memória processual) refere-se ao uso de objetos ou aos movimentos do corpo, tais como usar adequadamente um lápis, dirigir um carro ou andar de bicicleta. Este tipo de memória é codificada e presumidamente armazenada pelo Corpo estriado e outras regiões dos Núcleos da base. Os núcleos da base estão implicados na mediação da memória processual e outras estruturas cerebrais e independe do hipocampo."Fonte:<Foerde et al (2009)>. Pesquisas por  Manelis, Hanson, e Hanson (2011) descobriram que a reativação das regiões ocipitais e parietais estava associada a memória implícita "Fonte:<Manelis, A et al (2011)>. Memória processual é considerada memória não declarativa ou memória inconsciente que inclui "priming" e aprendizado não associativo.  A primeira parte da memória não declarativa (memoria implícita) envolve o priming. Este ocorre quando se faz algo mais rápido depois de já ter se feito aquela atividade, como escrever ou usar um garfo. Outras tipos de memória também podem ser relevantes para a discussão de memórias de longa duração. Por exemplo

Memória emocional, a memória de acontecimentos capaz de evocar uma emoção particularmente forte, é um domínio que envolve ambas os processos de memória, declarativa e processual. Memórias emocionais estão conscientemente disponíveis, porém evocam uma poderosa reação fisiológica inconsciente. Pesquisas indicam que a Amígdala está extremamente ativa durante situações emocionais e age em conjunto com o Hipocampo e a o   na codificação e consolidação de eventos emocionais.