Ada beberapa teori yang mengusulkan hubungan antara kafein dan memori. Telah terbukti bahwa kafein memang memiliki efek pada memori jangka pendek, karena peningkatan konsentrasi sementara yang ditimbulkannya. Penelitian awal pada hewan telah menunjukkan bahwa konsumsi kafein secara teratur mungkin juga memiliki efek jangka panjang pada memori orang-orang dengan Alzheimer.
Kafein memiliki efek langsung pada fungsi otak. Ini merangsang area otak yang mencakup memori dan perhatian jangka pendek. Kafein menyebabkan pembuluh darah di otak menyempit dan meningkatkan metabolisme. Ini mengirimkan energi ke otak, meskipun juga menurunkan jumlah oksigen yang mengalir ke jantung. Ini meningkatkan aktivitas otak di lobus frontal, lokasi memori dan cingulum anterior yang bertanggung jawab untuk perhatian.
Hubungan yang paling mapan antara kafein dan memori adalah dorongan sementara yang diberikannya pada memori jangka pendek. Neuron di otak bekerja lebih cepat ketika dipengaruhi oleh kafein, hal ini menyebabkan reaksi berantai yang mengarah pada kewaspadaan mental. Sebuah dorongan dari kafein stimulan memungkinkan untuk konsentrasi yang lebih baik dan akibatnya, mengingat informasi yang lebih baik.
Hubungan yang menguntungkan antara kafein dan memori berlangsung sekitar tiga sampai lima jam. Efek dari jumlah yang lebih besar dari informasi yang disimpan selama periode tersebut dapat memiliki efek jangka panjang. Selain meningkatkan indra, kafein telah membantu orang untuk mencapai skor yang lebih tinggi pada tes dan untuk membuat keputusan yang lebih baik dalam situasi stres karena retensi yang lebih baik dari rincian penting.
Kafein juga meningkatkan dopamin, zat kimia yang berhubungan dengan perasaan sejahtera. Keadaan pikiran yang positif mengurangi stres dan memungkinkan tubuh untuk rileks, sehingga meningkatkan fungsi keseluruhan organ seperti otak. Efek ini paling mendalam bagi pengguna kafein yang lebih ringan.
Beberapa penelitian pada hewan tentang hubungan antara kafein dan memori pada pasien Alzheimer telah dilakukan. Studi-studi ini mengungkapkan bahwa asupan kafein secara teratur dalam waktu lama dapat membantu mencegah degenerasi saraf. Mereka mengusulkan bahwa kafein dapat memiliki efek pencegahan pada kerusakan memori.
Dalam studi ini hubungan antara kafein dan memori adalah bahwa melestarikan daripada meningkatkan fungsi otak. Manfaat memori yang ditemukan dalam penelitian ini terkait dengan penggunaan kafein secara teratur dan moderat — setara dengan empat porsi sehari untuk manusia. Konsumsi kafein melindungi terhadap efek penebalan neuron kolesterol dan timbulnya Parkinson dan Alzheimer pada hewan percobaan.