短期记忆主要跟神经元的活动及神经元之间的联系有关。尤其是大脑皮层下一个形状像海马的脑区有关，长期记忆主要跟新突触的建立有关。短期记忆最重要的特征是信息保持时间相当有限。在未经复述的条件下，大部分信息在短期记忆中保持的时间很短，通常在5－20秒，最长不超过1分钟。短期记忆有时也被称为电话号码式记忆，如同人们查到电话号码后立刻拨号，通完了话，号码也就随即忘掉。
与短期记忆有关的第二个关键概念是它的容量，又叫记忆广度（memory span）。短期记忆的容量非常有限，1956年，美国心理学家G.米勒发表了一篇题为《神奇数7加减2：我们加工信息的能力的某种限制》的论文，根据复述3至12位随机排列数字表的实验结果，发现信息一次呈现后，被试能回忆的最大数量——短时记忆的容量一般为7±2个单元。幼儿的记忆广度更为有限，通常是4±1个单元。中国学者测定的短时记忆广度是：无关联的汉字一次能记住6个，十进位数字为7个，线条排列为5个。