信息加工的观点认为，记忆结构是由三个不同的子系统构成的：感觉记忆、短时记忆、长时记忆。这三个子系统在信息的保持时间和容量方面有差异，但它们处在记忆系统的不同加工阶段，彼此之间有十分密切的联系。信息首先进入感觉记忆，那些引起个体注意的信息会进入短时记忆，短时记忆中储存的信息经过加工再存储到长时记忆中，保存在长时记忆的信息在需要的时候又会被提取到短时记忆中。
一、感觉记忆
感觉记忆又叫感觉登记，是记忆系统对外界信息进行进一步加工之前的暂时登记。进入各种感觉器官的信息，首先被登记在感觉记忆中。
（一）感觉记忆的编码和保持
感觉记忆的编码形式主要依赖于信息的物理特征，因而具有鲜明的形象性。感觉记忆的信息主要通过视觉和听觉通道进行编码，分别称为图像记忆和声象记忆。感觉记忆保持的时间十分短暂，但在外界刺激的直接作用消失之后，它为进一步的信息加工提供了可能性。
1.图像记忆
视觉刺激停止后，视觉系统对信息的瞬间保持叫图像记忆。图像记忆的存在是由斯帕林（G.S perling，1960）的首创性实验而被确定的。开始时，他用速示器以50毫秒的时间向被试呈现一套符号（字母或数字），要求被试把看到的符号尽量多地报告出来，这种方法称为全部报告法，结果被试仅能回忆出4～5个符号。后来，斯帕林修改了实验程序，给被试呈现12个符号，排成3行，每行4个符号，如：XMRJ CNKP VFLB，仍以50毫秒的时间呈现，但在视觉呈现终止后，向被试发出3个不同音中的1个，告诉他们：高音表示要回忆上面1行，中音回忆中间1行，低音回忆下面1行，这种程序叫部分报告法。当符号呈现停止后，立即响起声音，被试回忆出的项目几乎完全正确。但当回忆开始时间稍微延迟一点就会严重影响回忆成绩。如果延迟300毫秒响起声音能正确回忆出任何1行符号中的75%，即12个符号中的9个符号。如果延迟1秒钟响起声音被试回忆的正确量便降到最低点，即只能回忆出1行符号中的36%，12个符号中只能回忆出4～5个。如果再延迟一些时间，其结果与延迟1秒钟没有多大差异。根据这个实验结果，斯帕林认为，人的记忆系统有一个感觉储存阶段，输入的信息以感觉痕迹的形式被登记下来了。图像记忆中所储存的信息大于被提取利用的信息，信息保持的时间很短约0.25～1秒，超过1秒，信息会由强变弱并自动消失。
2.声象记忆
声象记忆是指听觉系统对刺激信息的瞬间保持。莫里模仿斯帕林的部分报告法，设计了一个“四耳人实验”，后来达尔文对实验作了进一步的改进。实验首先让被试带上双声道的立体声耳机，然后同时向双耳分别输送由字母和数字组编的声音刺激，例如给左耳输入的是“S”和“6”，同时给右耳输入的是“H”和“6”，被试主观体验是从左耳听到S，右耳听到H，而数字6似乎来自头部正中，这样就出现了“三耳人”，很像斯帕林的3行符号。实验也采用全部报告法和部分报告法。应用部分报告法时，在被试面前的屏幕上打出一个光条，这个光条可在屏幕的左、中、右不同位置出现，被试见到左光条报告左声道的项目，看到右光条报告右声道的项目，看见中光条报告全声道的项目。呈现声音刺激的时间为1秒，当光条线索延迟4秒出现，被试报告的项目为4.25个，相当于采用全部报告法所测得的记忆广度。若声音刺激呈现后，延迟2秒给出光条信号，这时部分报告法所回忆的项目优于全部报告法。可见声象记忆的保持时间大约为4秒，比图像记忆保持的时间稍长，但保持的项目仅有5个，比图像记忆的容量小，这可能与声音刺激呈现的方式及相对较慢的速度有关。
（二）感觉记忆的转换
当外界刺激输入之后，其能量首先被转换成各种感觉信息，以后这些信息会经过进一步的组织而被识别。感觉记忆中只有能够引起个体注意并被及时识别的信息，才有可能进入到短时记忆中。相反，那些与长时记忆无关的或者没有受到注意的信息，由于没有转换到短时记忆中，会很快消失。
二、短时记忆
我们一般意识不到自己有图像记忆和声象记忆，但是，我们能经常意识到某些记忆只能保持很短的时间。例如，我们查阅电话簿找到需要的号码，然后记着这个号码把它拨完，如果电话占线，我们经常会不得不又去看电话簿。这就是短时记忆在发挥作用。
（一）短时记忆的编码
短时记忆的编码方式主要是听觉编码和视觉编码。
1.听觉编码
研究者通过研究语音类似性对回忆效果的影响，证实存在着语音听觉编码方式。康拉德（Conrad，1964）在研究中用视觉方式依次呈现B、C、P、T、V、F等辅音字母，要求被试严格按顺序来进行回忆。结果发现，在视觉呈现条件下，发音相似的字母（如B和V）容易发生混淆，而形状相似的字母之间（如E和F）很少有混淆发生，表明听觉编码是短时记忆的一种主要编码形式。
2.视觉编码
研究者还证实短时记忆中存在有视觉形式编码。Posner（1969）让被试判别两个字母是否是同一个字母。两个字母的关系分为两种：一种是同形关系，两个字母的音和形都一样（如AA），另一种是同音关系，两个字母的音一样，而形不一样（如Aa）。两个字母的呈现方式分为同时呈现和先后呈现。结果发现，当两个字母同时呈现时，同形关系的字母反应更快；当间隔一两秒呈现时，同形关系和同音关系的反应时间没有差异，研究者认为，由于同形关系比同音关系具有形的优势，因此只有在依靠视觉编码进行编码的作业中才会出现这一优势。由此可以推断，在短时记忆的最初阶段存在视觉编码，尔后才逐渐向听觉编码过渡。
有实验表明（莫雷，1986），汉字的短时记忆以形状编码为主。对于绘画、脸和身体动作等，倾向于用视觉编码和语义编码。聋哑人在他们的短时记忆中，回忆时出现混淆的主要是视觉性的或者意义性的。因此，短时记忆的编码方式似乎是随着记忆材料而发生相应的变化。
（二）短时记忆信息的存储
在短时记忆中的信息存储时，主要通过复述和组块化的方式进行，从而使其保持的时间延长，有限的容量增加，并使更多的信息转入长时记忆。
1.复述
复述就是出声或不出声的重复。在无复述时，信息在短时记忆中将迅速消失，而复述则使信息保持在短时记忆中，以防止被其他信息排挤掉。
复述分为两种：一种是机械复述或保持性复述，将信息不断地简单重复；另一种是精细复述，将信息进行分析，使之与已有的经验建立起联系。克瑞科和沃金斯（Craik＆Wathins，1973）的研究表明，只有机械复述并不能加强记忆。研究者让被试听若干个单词，并要求被试记住其中最后一个以特定字母开头的单词，如字母K。在单词系列中，有几个以K开头的单词，因此当被试听到下一个以K开头的单词时，就可以放弃前面的那个以K字母开头的单词了。由于这些以K开头的单词之间的间隔不等，因此每个以K字母开头的单词得到的复述机会是不等的。实验结束后，研究者出其不意地要求被试回忆所有以K字母开头的单词，结果发现，这些以K字母开头的单词的回忆成绩并没有差异，这说明简单的机械复述并不能导致好的记忆效果。
2.组块化
在编码过程中，将几个代码归并成一个高水平的、单一代码的过程叫组块化。以这种方式形成的信息单位叫做组块。一个组块可以是一个字母或数字、一组字母或其他材料，甚至是一组词或一个句子。例如数字：194919972008，如果把它看成孤立的数字来记，是12个组块，但如果把它组块化为1949，1997，2008，把它看成与中国有关的几个重要年代，则只有3个组块，也容易记住。
组块的大小、复杂性、熟悉性是因人而异的。蔡斯和西蒙（Chase＆Simon，1973）对象棋大师、一级棋手和业余新手的棋局记忆力进行了研究，结果发现，对一个随机设置的棋局，大师、一级棋手和业余新手的回忆正确率没有差异；而对一个真实的棋局，大师的记忆准确性为64%，一级棋手为34%，业余新手只有18%。这种差别是因为在真实的棋局中，高水平的大师和棋手可以利用丰富的经验发现和建立棋子之间的关系，形成组块，而在随机摆放的棋局中，大师的经验就很难发挥作用了。可见，个体的知识经验对组块有很大的影响。
组块可以提高记忆的容量和效率。默多克（Murdock，1961）的实验证实了这种作用。他用听觉方式先向被试分别呈现三组不同的材料：第一组是由3个辅音构成的三字母组合如PTK，第二组是由3个字母组成的单词如HAT（帽子），第三组是3个单词如EAR（耳朵）——MAN（男人）——BED（床），然后让他们进行回忆。结果表明，三字母组合与3个字母组成单词的回忆成绩差不多；而回忆3个单词比回忆不相关的3字母组合的成绩要好得多。这说明一个单词是一个熟悉的单位，通过组块能大大提高对一系列字母的记忆数量。
（三）短时记忆的信息提取
短时记忆信息的提取比较复杂。斯腾伯格（S.S ternberg，1969）的实验对这个问题进行了探讨。在实验中，他向被试呈现短时记忆容量以内的、不同长度的数字系列，接着马上呈现一个探测数字，要求被试判断探测数字刚才是否出现过，并做出肯定或否定的反应，被试的反应时间是重要的衡量指标。斯腾伯格认为，短时记忆中被试对项目的检索可能有三种方式。
1.平行扫描
平行扫描是将探测数字同时与短时记忆中保存的所有项目进行比较。那么无论短时记忆中保存的项目有多少，检索的时间都应该是一样的。
2.系列自中断扫描
系列自中断扫描将探测数字与记忆中的项目逐个进行比较，一旦找到项目就停止检索。那么短时记忆中保存的项目越多，反应时间就会越长。另外，由于找到目标项的搜索不需要再对剩余项目进行检索，因此其反应时间要比找不到目标项目的搜索反应时短。
3.系列全扫描
系列全扫描是将探测数字逐个与记忆中的所有项目都进行比较，然后再作出判断。这种提取方式下，反应时间仍将是项目长度的函数，但由于肯定判断和否定判断都要对全部项目进行搜索，因此它们应该具有同样的反应时间。
斯腾伯格的实验表明，短时记忆中信息的提取是以系列全扫描的方式进行的。另外有实验（小谷津，1973）表明，如果记忆的项目是比较长的有意义的词、句子、文章，由于扫描的时间较长，短时记忆中信息是以系列自中断扫描原则进行的。
三、长时记忆
长时记忆是从感觉记忆和短时记忆中获得的所有经验、事件、信息、情感、技能、单词、范畴、规则和判断等的仓库，它构成了每个人对世界和自我的全部知识。
（一）长时记忆的编码
长时记忆的编码就是把新的信息纳入已有的知识框架内，或把一些分散的信息单元组合成一个新的知识框架。长时记忆的编码主要有以下几种形式：
1.按语义类别编码
在记忆一系列语词概念材料时，人们总是倾向于把它们按语义的关系组成一定的系统，并进行归类。例如，鲍斯菲尔德等人（Bousfil detal，1972）让被试学习60个单词，如萝卜、斑马、菠菜、舞蹈演员、狮子、打字员等。当被试按语义关系将这些单词分别纳入动物、植物、人名、职业等四个类别中时，记忆的效果会明显提高。按语义类别进行编码，有助于信息进入长时记忆。
2.以语言的特点为中介进行编码
借助语言的某些特点，如发音、字形、渊源等，对信息进行编码，使它们成为便于储存的东西。这种编码形式，在记忆无意义音节时经常使用。利用语言的音韵、节律等特点进行编码也是常用的形式。如对农历二十四节气的记忆、对乘法和珠算口诀的记忆等。
3.主观组织
学习无关联的材料时，既不能分类也无意义上的联系，这时个体会倾向于采取主观组织对材料进行加工。这种主观组织将分离的项目构成了一个有联系的整体，从而提高了记忆效率。
（二）长时记忆的信息存储
长时记忆中信息的存储是一个动态的过程。在存储阶段，已保持的信息会发生变化，这种变化表现在质和量两个方面。
在量的方面，存储的信息随着时间的迁移而逐渐减少。但在一定条件下，也有例外的情况，学习1天后测得的保持量比学习后立即测得的保持量要多。这种现象叫做记忆的恢复。记忆的恢复现象，儿童比成人较普遍，学习较难的材料比学习较易的材料更明显，学习程度较低的比学习纯熟的更容易看到。
在质的方面，由于每个人的知识、经验不同，观点、态度不同，加工、组织方式也不同，人们存储的信息会出现不同形式的变化。总的说来，有以下的一般规律：
对图形材料的存储，伍尔夫（Wulf.F，1922）的实验结果表明：原图形向着更匀称的方向变化；原图形的某些特征突出地被强调；原图形向着标准图形的方向变化。
对文字故事材料的存储，巴特莱特（Bartlett，1932）的实验结果表明：故事被缩短、省略；故事中的说话语气和表述容易换成被试惯用的语气和表述；故事变得更有连贯性，并被合理化。
（三）长时记忆信息的提取
从长时记忆中提取信息，包括再认和回忆两种过程。再认比回忆容易提取信息，例如考试时，做是非题和选择题比做问答题容易。这是因为再认和回忆在加工水平、完成水平上不同。
再认时推测的正确率比回忆要高。再认和回忆所依据的信息不同，回忆需要有关刺激的“整体”信息，而再认只要能够辨别目标刺激和干扰刺激的信息就可以了。回忆比再认的操作过程更复杂。回忆时，必须先搜寻目标刺激，再对目标刺激加以确认，而再认只需要对刺激确认即可。
1.提取过程
提取过程一般由线索产生、搜寻、决定、作出反应四个子过程所组成。提取往往是由某种线索启动的。这种线索可以是外部刺激，也可以是个体的内部刺激。接下来是与头脑中已有信息发生关系的搜索过程。搜索出来的信息可能是当时提取的目标，也可能是非目标的信息，所以需要另一个子过程来加以判断，决定过程来判断提取的信息是否满足当前任务的需要。最后是作出反应的过程，通常是某种言语或动作反应。
2.提取种类
提取有两种方式：直接搜寻和联想搜寻。
直接搜寻是不依赖任何中介和提示线索，直接把有关信息从长时记忆库中抽取出来。这种搜寻对信息的检索几乎是自动化的，个体甚至没有意识到这一过程的发生。例如在一个陌生的城市，不期遇到一位朋友，你能立即认出对方。联想搜寻是指需要一些提示线索或中介性的联想才能达到的再认或回忆。例如要你回忆18岁的生日是怎么度过的，这就需要你凭借联想搜寻一些线索。