Η μνήμη και η μάθηση αποτελούν θεμελιώδεις εγκεφαλικές λειτουργίες που επιτρέπουν στο άτομο να προσαρμόζεται στο περιβάλλον του, να οικοδομεί την προσωπική του ιστορία ως μοναδικό πλάσμα, να διευρύνει το πολιτιστικό του υπόβαθρο και συνεπώς και τον πολιτισμό του ευρύτερου κοινωνικού συνόλου. Η μνήμη και η μάθηση είναι αποτέλεσμα δράσης κυτταρικών και μοριακών μηχανισμών και μονοπατιών. Αν και στα θηλαστικά ποικίλες εγκεφαλικές περιοχές συμμετέχουν σε διακριτές μορφές μνήμης, οι κυτταρικοί μηχανισμοί που συμμετέχουν, από τις πιο απλές ως τις πιο σύνθετες μορφές μάθησης και μνήμης, είναι εξελικτικά υψηλά συντηρημένες και συνίστανται σε μικρής και μεγάλης διάρκειας αναδιατάξεις των νευρικών συνάψεων και κυκλωμάτων.
Το κύριο χαρακτηριστικό του νευρικού συστήματος είναι η εκπληκτική ικανότητά του να προσαρμόζεται στο περιβάλλον και να βελτιώνει την αποτελεσματικότητά του στο πεδίο της εμπειρίας αλλά και να εδραιώνει ή να αναδιατάσσει τις λειτουργίες του με το πέρασμα του χρόνου. Αυτή η ιδιαίτερη ιδιότητα του νευρικού συστήματος ονομάζεται πλαστικότητα. Αφού οι αλλαγές του νευρικού συστήματος που προκαλούνται από περιβαλλοντικά ερεθίσματα είναι δυνατόν να επιμείνουν για μεγάλα χρονικά διαστήματα, ακόμη και κατά τη διάρκεια ολόκληρης της ζωής του ατόμου, είναι προφανές ότι η πλαστικότητα αντιπροσωπεύει υψηλές εγκεφαλικές λειτουργίες, όπως η μνήμη και η μάθηση. Η ενδογενής ικανότητα της πλαστικότητας του νευρικού επιτρέπει στις εμπειρίες του ατόμου να σχηματοποιήσουν δομικά και λειτουργικά το νευρικό του σύστημα.
Η πρώτη αναδιάταξη των νευρωνικών κυκλωμάτων καθοδηγείται από γενετικούς παράγοντες. Στη συνέχεια, τα νευρωνικά κυκλώματα αναπροσαρμόζονται συνεχώς και τροποποιούνται από τις εμπειρίες μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται επιγενετική ανάπτυξη. Οι συναπτικές συνδέσεις που δεν χρησιμοποιούνται γίνονται ολοένα και ασθενέστερες και τελικά εξαφανίζονται, σε αντίθεση με τις συνάψεις που γίνονται ολοένα και ισχυρότερες αλλά και περισσότερες εξ΄ αιτίας της συνεχούς χρήσης και λειτουργίας τους. Η διαδικασία της μάθησης επάγει αλλαγές σε κυτταρικό και μοριακό επίπεδο που διευκολύνουν τη νευρωνική επικοινωνία και είναι βασικές για την αποθήκευση της μνήμης. Αν η μάθηση επιφέρει αλλαγές στην ισχυροποίηση των συνάψεων, η επιμονή αυτών των αλλαγών καταδεικνύει τον τρόπο αποθήκευσης των πληροφοριών στη μνήμη.
Αν και αρκετά ερωτηματικά που αφορούν στη σχέση ανάμεσα στις ενδοκυτταρικές βιοχημικές διαδικασίες , την πλαστικότητα των νευρωνικών κυκλωμάτων και τη μνήμη και μάθηση παραμένουν, οι Νευροεπιστήμες είναι σε θέση να ανταποκριθούν στις προκλήσεις αυτές στο άμεσο μέλλον.