研究表明，人脑内有两个主要的记忆系统：一个与边缘系统有关，产生认知性记忆，叫陈述性记忆（declarative memory），也称为外显记忆（explicit memory）；另一个以基底神经节为主要环节，与习惯的获得和适应性反应的记忆有关，称为非陈述性记忆（non-declarative memory），又称为内隐记忆（implicit memory）。这两种记忆的加工方式是不一样的。陈述性记忆指有意记住和再现事件、事实的能力；非陈述性记忆则与事件的情感和行为内容有关，不需要有意记忆，它包括习得的技巧、启动效应和条件反射等。对PTSD病人而言，陈述性记忆主要是对创伤事件有关情节或意义信息的回忆，如创伤事件发生的情境、当时的情绪和生理反应、事件的主观意义、事件的详细过程等；非陈述性记忆则是对创伤形成的恐惧条件反射和反复发生的创伤体验的回忆。
目前认为，与陈述性记忆密切相关的脑区是海马（hippocampus）和前额叶皮质（prefrontal cortex， PFC）。闪回记忆会使患者感觉仿佛又重新经历了一次创伤，其特点是“不可控制”的自动性、“栩栩如生”的真实性、“伴随强烈的情感”的痛苦性，这也是内隐记忆的特点。目前对非陈述性记忆的核团和脑区还没有明确的定位，近年研究发现，杏仁核在非陈述性记忆（内隐记忆），尤其是情绪记忆中起着非常重要的作用。正电子发射断层扫描（positron emission tommography， PET）及功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging， f MRI）证实，杏仁核和前旁边缘区对创伤性刺激的反应性增强；而前扣带回和视前区的反应性降低（这些区域与恐惧反应有关）。
李凌江（2004）研究精神创伤性记忆的生物学机制发现，强烈的精神应激可以导致认知功能，尤其是记忆功能的损害。海马、杏仁核、前额叶皮质等脑区可塑性的改变以及肾上腺皮质激素的变化可能是其重要的生物学致病机制之一。
6.2.1 创伤性记忆的损害
美国精神病学会1994年指出，PTSD的记忆障碍有两种类型：闯入性记忆（intrusive memory）和空白性记忆（impoverished memory）。闯入性记忆表现为反复地获得创伤性体验，和创伤事件有关的各种事物都会使患者重新体验创伤的痛苦，而且这些记忆是不由自主地闯进来的。和闯入性记忆相伴随的是警觉性增高症状，包括做噩梦、突然的惊恐反应和注意力不能集中等。闯入性记忆很容易自动地被反映创伤性事件的各种事物所触发（triggered），这类记忆经验称为非陈述性记忆。闯入性记忆具有痛苦性、易激活性、不可控制性、现时性（nowness）和缺乏联系性等特征，特别是其痛苦性、现时性和缺乏联系性是预测创伤后应激障碍的主要因素。另一种记忆障碍是空白性记忆，就是在记忆过程中信息编码受到抑制或提取功能受损，在症状方面表现为陈述性记忆损害、记忆不连贯或对创伤性事件的选择性遗忘。工作记忆是指完成认知任务时，负责短暂储存和加工信息的有限容量系统，属于陈述性记忆，是人脑对陈述性知识学习和记忆的主要加工过程。它的受损会导致PTSD病人对一般知识的学习和记忆能力受损，进而出现空白记忆，这一点在后来的许多研究中都得到了验证。Zola Morgan的研究发现，在PTSD病人中进行工作记忆测试，他们的表现明显差于正常对照组。
6.2.2 创伤性记忆的信息加工理论研究
信息加工理论的PTSD模型有一个核心概念：情绪记忆网络（emotional memory networks），这个网络包含了刺激、反应（行为、言语和生理唤起反应）和意义单位（meaning unit，指关于创伤的陈述性和语义性知识）。创伤性事件在PTSD病人的记忆系统中建立了一个创伤的情绪记忆网络，当一个外界刺激和创伤的情绪记忆网络的表征相匹配时，这个网络就被激活，活动很快播散到各个节点，唤起言语、行为和生理反应以及与创伤相关的知识。这就导致PTSD病人再次体验创伤，并伴随着生理唤起、闯入性记忆和强烈的害怕或愤怒情绪。
在加工水平方面，Brewin认为PTSD病人对创伤信息有两种水平的加工：有意识加工和无意识加工。有意识加工是指对创伤事件的陈述性信息进行加工的过程，而无意识加工过程是对创伤情境的感觉特征、经历的情绪和生理反应等信息的加工过程。PTSD闯入性记忆的发生是一种无意识加工，当物理特性或意义和创伤情境很相似时，创伤记忆就很容易获取。易获取的情境知识包括很详细的细节、重复的记忆（闪回、闯入），它们很难消除，而且伴随着创伤过程中经历的生理和情绪而改变。
Zeitlin、Amir等采用内隐记忆的研究方法研究有PTSD的“越战”老兵，发现他们对创伤相关的材料内隐记忆增强，而对中性词没有增强，对照组是没有PTSD的正常人。这个结果证实了PTSD对创伤信息的自动加工。
Bremner的研究发现，同样曾经暴露于战争创伤，智商也没有差异，但有PTSD的“越战”老兵在韦氏记忆量表上的表现明显差于没有PTSD的老兵。此外，这些有PTSD的老兵在工作记忆作业—听觉言语学习测试（auditory verbal learning test， AVLT）上的表现也明显差于对照组。
Scheflin总结了过去5年的25个关于PTSD记忆的研究，绝大多数研究发现PTSD病人对创伤经历有遗忘，而对儿童期的创伤性经历遗忘更为明显。
Mc Nally认为，PTSD患者的这些陈述性记忆损害是由于闯入性记忆干扰了对陈述性知识的识记和信息编码和再认过程。闯入性记忆的自动加工占用了记忆加工过程的大部分资源，因此PTSD患者不能很好地完成对一般材料的工作记忆和对创伤性经历的陈述性记忆，甚至出现对创伤性经历的遗忘。