La mémoire à long terme peut être divisée en plusieurs catégories qui se distinguent par le type d'informations qu'elles traitent et la manière dont elles sont utilisées. Les deux grandes catégories sont : la mémoire déclarative et la mémoire non-déclarative. La mémoire déclarative se subdivise elle-même en mémoire épisodique et mémoire sémantique, tandis que la mémoire non-déclarative inclut la mémoire procédurale et le système de représentation perceptive (PRS).

La mémoire épisodique permet la remémoration d'événements spéciaux que l'on a personnellement vécus. Elle est essentielle pour créer un sentiment de temporalité et est souvent liée à des souvenirs émotionnels. La mémoire sémantique, par contre, concerne notre connaissance générale du monde. Elle stocke des informations factuelles indépendamment des contextes personnels. Par exemple, savoir que Paris est la capitale de la France est une information sémantique, alors que se souvenir du voyage que l'on a fait à Paris relève de la mémoire épisodique.

La mémoire déclarative englobe les souvenirs que nous pouvons évoquer consciemment et décrire verbalement. Elle inclut la mémoire épisodique et sémantique. Elle est cruciale pour l'apprentissage et l'acquisition des connaissances, permettant aux individus de se souvenir d'informations pour des périodes prolongées et d'appliquer ces informations dans des situations futures.

La mémoire procédurale est responsable de savoir comment faire quelque chose, comme faire du vélo ou jouer d'un instrument de musique. C'est une mémoire souvent inconsciente qui améliore l'automatisation des compétences et des tâches. Contrairement à la mémoire déclarative, elle ne nécessite pas un effort conscient pour être utilisée.

Le système de représentation perceptive concerne les aspects perceptifs de la mémoire, notamment la capacité à reconnaître des objets et des mots. Il fonctionne principalement en arrière-plan, facilitant la reconnaissance et la mémoire des formes, des structures et des mots sans attention consciente aux détails spécifiques.

Les cas neuropsychologiques célèbres ont joué un rôle crucial dans notre compréhension de la mémoire à long terme. Le cas de H.M., un patient épileptique ayant subi une ablation des parties de son cerveau, a révélé l'importance de l'hippocampe dans la formation de nouveaux souvenirs. Après l'intervention, H.M. a été incapable de créer de nouveaux souvenirs épisodiques mais a conservé son ancienne mémoire sémantique. Le cas de K.F. a montré une dissociation entre la mémoire à court terme et la mémoire à long terme, tandis que Kent Cochrane, connu sous le nom de K.C., a illustré la distinction entre mémoire épisodique et sémantique après avoir perdu sa capacité à se souvenir d'événements personnels tout en conservant des connaissances générales.