William James (1890) propuso un modelo dual de la memoria distinguiendo entre una memoria primaria (inmediata) y una memoria secundaria, de más larga duración. El método usado fue la introspección. La memoria inmediata sería lo que llamamos memoria a corto plazo, de carácter consciente y muy corta duración. La memoria secundaria es de carácter permanente y menos accesible.
El paradigma del procesamiento de la información cambió la forma de estudiar los procesos cognitivos frente a la rigidez del periodo conductista. La idea principal es que la mente humana funciona como un programa de ordenador en el que cualquier información compleja puede descomponerse y especificarse en un nivel más simple. La información se encuentra almacenada en los estados o representaciones del sistema para que pueda ser manipulada posteriormente mediante distintos procesos psicológicos.
El primer modelo estructural del procesamiento de la información se debió a Broadbent: las características físicas de un mensaje auditivo se usan para focalizar la atención a un único mensaje. Este modelo se conoce como el modelo de la selección temprana porque los mensajes irrelevantes son filtrados antes de que se procese el significado del estímulo. La principal idea era que la capacidad del sistema es limitada.
Frente a los defensores de los modelos estructurales, otros investigadores creyeron más interesante centrar sus investigaciones en el prcesamiento de la información y propusieron la necesidad de estudiar los niveles de procesamiento. La idea central es que los estímulos pueden ser procesados a distintos niveles de profundidad. El nivel de profundidad al que se procesa un estímulo viene determinado por varias variables como las conexiones con memorias pre-existentes; el tiempo invertido en procesar el estímulo, el esfuerzo cognitivo realizado y la modalidad de la entrada sensorial.
El procesamiento superficial produce una traza de memoria débil que puede decaer rápidamente.
Se trata de un procesamiento basado en los aspectos físicos. El procesamiento profundo se basa en el procesamiento semántico y produce un trazo de memoria más duradero. Cuanto más profundo es el nivel de procesamiento de la información es más difícil que la información contenida en la memoria se olvide. La postura más influyente en la actualidad es la de la existencia de diferentes sistemas de memoria en el cerebro humano.