猫的大脑皮层大约有83平方厘米的面（此数据只供参考），人类的大约是2500平米厘米，猫的大脑，虽然比人类的小，但麻雀虽小五脏俱全，和正常的人脑一样具有额叶、颞叶、枕叶和顶叶。
猫是如何记住事物的，最让人接受的理论是神经组合理论，猫咪脑中的神经元之间相互有联系，并且每个神经元都存储着一部分记忆，当大脑中的神经元被正确组合后，通过外界或者事物激活神经元后，猫咪就会想起以前的记忆。
曾经在一项寻找食物的测试中，猫的短期记忆持续了16个小时，而狗只有5分钟，这说明猫的长期记忆力更强，虽然猫可能只会把一些人或者某些地点某些食物锁定在自己的长期记忆里，但它可以记住很多年，并不是有些朋友说的猫只有21天的记忆力。
一般情况下，猫咪的记忆力分为短期记忆和长期记忆两种。根据科学研究表明，猫咪的短期记忆可达到10分钟左右，不过这还要取决于是否能引起猫咪们的兴趣，如果感兴趣的话，短期记忆会达到10-16分钟左右，但是它若是感到十分无趣的话，那它的短期记忆便真的很短了，只会维持十几秒的时间。
随着猫咪一年年的变老，它们的记忆也和我们人类一样会慢慢的变得更糟，有人测试发现老年猫难以回想起年轻时的事情，类似于我们老年人。老年猫会慢慢的失去脑细胞，导致记忆力慢慢的丧失并影响它分析新事物及记忆的能力。
国外的一些研究资料表明，随着年龄的增长会影响猫咪的短期记忆，而不是影响其猫咪的长期记忆，说句能听得懂的人话就是说，老年猫回忆过去的事情会容易，如果学习新的事情会很难。