O aprendizado e a memória de procedimento necessitam do envolvimento do sistema límbico, porque lidam com habilidades, hábitos e comportamento estereotipados.

As vias amígdala-núcleo dorsomedial do tálamo-córtex e hipocampo-fórnix-núcleo anterior do tálamo-córtex são os dois circuitos reverberantes mais intimamente envolvidos no aprendizado declarativo.

Na doença de Alzheimer, ocorrem amnésias globais, devido à destruição da amígdala e do hipocampo localizados no diencéfalo medial.

O sistema colinérgico prosencefálico basal é responsável pela liberação da serotonina no sistema límbico, e a perda desse neurotransmissor está vinculada às alterações da memória na síndrome de Korsakoff.

O processo de translação das percepções integradas do aprendizado e da memória ocorre no cíngulo e na habênula.