研究人員發現人類大腦形成短期記憶和長期記憶的方式和貓，等其它動物并沒有太多區別。貓大腦的功能可以和一個2-3歲的孩子相比，和狗比較下，一只貓的短期記憶比狗要強200多倍。不經過強化和訓練，狗的短期記憶能維持大約5分鐘，而貓的短期記憶則能持續16小時（不過是僅僅對于能為它帶來好處的事能記憶這么久），相對于狗雖然它在訓練方面會比較棘手，但它確實擁有長期記憶。
貓的大腦
貓的大腦，雖然比人類的小，但麻雀雖小五臟俱全。和正常的人腦一樣具有額葉，顳葉，枕葉和頂葉。它的大腦也由白質和灰質組成。相同的五種感覺將信息發送給它的大腦。貓如何記住事物的最接受的理論被稱為神經組合理論。貓在它腦中的神經元之間有聯系。每個神經元存儲一部分記憶，當神經元的正確組合被激活時，貓會回想起一個記憶。
貓的記憶
曾經在一項關于尋找食物的測試中，貓的短期記憶持續了16個小時，而狗只有5分鐘。貓的長期記憶力更強。雖然一只貓可能只會把一些人或地點鎖定在它的長期記憶里，但它可以記住它們很多年。
在它的一生中，它能記住某些地方或人。最容易受人影響的年齡是2周齡至7周齡。如果一只野貓在這段時間里與人類沒有互動，它可能永遠不會相信人類。這也是馴養的貓科動物學會信任和依賴于人類的黃金時期。
貓的學習能力
貓的記憶力和決策能力與2歲至3歲的人相當。它能通過觀察而進行學習。例如它可以通過觀察這樣做來學習如何打開門。
它會通過觀看它的媽媽學習如何狩獵和保護自己。它也有能力解決難題。比如看到它通過幾個落腳點的攀爬就是為了上冰箱的頂部，就是這個道理。
貓的記憶衰退
隨著貓的年齡增長，它的大腦功能將會衰退。貓的認知功能障礙（FCD）是一種類似于人類阿茲海默癥的疾病。它是由大腦自身的退化引起的，導致認知功能的減少。有這種情況的貓很難四處走動，因為它很容易迷失方向。在它的貓砂盆外大小便的情況會增多，因為它可能會忘記貓砂盆的位置和它的用途。并且貓可能會變得更加反社會，敏捷度也會隨之下降。總而言之和人類一樣，貓的記憶力不會像它年輕時那么敏銳。
國外關于貓記憶的論文翻譯：
在貓還未被馴養之前，它們的生存嚴重依賴于它們的記憶力。在野外，貓們只能自己去捕食。不像那時候的狗是群體捕食，貓則是善于單獨狩獵。捕獵的過程需要數小時的學習過程，耐心，解決困難和形成一套適當的捕獵策略。為了保證貓兒們每次捕獵后能安全返回，它們需要記住自己所經過的各種路線，各種氣味，各種聲音，或哪些區域有對它們構成威脅的動物存在
家養貓也具有一些這種天生授予的記憶，它們可以坐在窗戶臺上幾小時，注視學習外面的鳥類和松鼠，或學習其它的攻擊捕獵的方法。它們可以很享受的玩上幾個小時玩具作為一種捕獵的模擬動作
貓兒和其它哺乳動物一樣通過學習獲得經驗。不論好于壞的記憶都是由各種活動和接觸的經歷所帶來的。貓們的學習是通過觀察和模仿，小貓則模仿它們的媽媽，它們會觀察貓媽媽如何使用貓砂，吃飯和社交。小貓們模擬所學來的行為將帶至它們的成年。當貓們長大同人類建立起聯系后，貓們同樣可以學習人類的行為，它們注視和人是如何將廚門打開的，并會設法去做這個動作。有些貓甚至能學會按抽水馬桶和打開電冰箱。
貓的長期記憶是需要直接關聯到快樂和痛苦的體驗的，比如它得到的好處，受到的傷痛，害怕或恐懼的經歷。舉例來說，人們往往需要花相當長的時間來和足夠多的耐心來取得一只被虐待，或者被拋棄貓兒的信任。如果一只貓兒受到了成人或小孩對它身體上或精神上的虐待，那么，它會把這種不好的記憶關聯到所有的大人和小孩。對于好的經歷也是如此，每次當貓因為做某件事而得到表揚，獎賞，那它就會形成記憶，繼續做會繼續得到獎勵
2007年，加拿大Alberta大學做過一項短期記憶和視覺形象記憶研究。研究員發現，貓的短期記憶主要依賴于它們近期所作的各種活動在腦中的固化，但只能持續10分鐘。這說明貓的短期記憶是建立在它的行為經歷上的-包括貓做的各種嘗試，嘗試失敗的經歷，和各種模仿，而它們的短期記憶和視覺感受并無什么聯系
同其它生物一樣，當貓變老，它們也會遺忘一些事情，它們會經歷性格的改變，甚至有智力上的消損
然而一部分貓的記憶力則是純內在性的，通過精神和身體上的體驗來獲得。這些貓只會記得當時自己是什么體驗和當時它們得到了什么好處。。一只貓的短期記憶也許只是轉瞬即逝，但它們的長期記憶相當的驚人。
