Veel van onze huidige kennis omtrent de werking van het geheugen is gebaseerd op onderzoek naar geheugenstoornissen. Globaal kan daarbij een onderscheid worden gemaakt tussen stoornissen in het kortetermijngeheugen (recente gebeurtenissen niet kunnen onthouden) en het langetermijngeheugen (vroegere gebeurtenissen niet kunnen onthouden). In het tweede geval spreekt men ook wel van amnesie. Er bestaan verschillende soorten amnesie, afhankelijk van de aard of plaats van de stoornis in de hersenen. Soms heeft iemand problemen met het inprenten van nieuwe informatie (consolidatie), of problemen met het weer oproepen van oude informatie. Ook bij normale veroudering en in sterkere mate bij ouderdomsziektes zoals de ziekte van Alzheimer en het syndroom van Korsakov is er sprake van progressief geheugenverlies. Bij gezonde oudere mensen lijkt vooral het kortetermijngeheugen minder goed te functioneren. Echter ook het langetermijngeheugen van (zowel jonge en oudere) gezonde mensen kan hen tijdelijk in de steek laten, zoals wanneer we niet op een bepaald woord of naam kunnen komen, maar het wel op het puntje van de tong ligt. Bij het ouder worden wordt het vooral lastiger nieuwe informatie in het episodische geheugen op te slaan. Het procedurele geheugen blijft nagenoeg intact.