Физиологической основой памяти является пластичность нервной системы - ее свойство изменяться под влиянием воздействия, сохранять следы воздействия. Свойством пластичности обладает любая материя. Высшей степенью пластичности, многие свойства которой до сих пор еще не изучены, обладает наиболее высоко организованная материя - клетки головного мозга человека. Так или иначе, но пластичность нервной системы такова, что в момент действия раздражителей между двумя очагами возбуждения в коре головного мозга происходит замыкание: возникают условные рефлексы, лежащие в основе ассоциаций.
Ассоциации образуются в том случае, когда соответствующие психические процессы переживаются или одновременно или непосредственно друг за другом. Временные связи могут иметь место как во второй, так и в первой сигнальной системе, на что неоднократно указывал И. П. Павлов.
Возможность сохранения и последующего оживления временных связей представляет собой необходимую физиологическую основу психической деятельности, в частности памяти.