ความตื่นตัวมีส่วนเกี่ยวข้องในการตรวจจับ การรักษาไว้ และการค้นคืนข้อมูลที่อยู่ในระบบความทรงจำ ข้อมูลที่ประกอบด้วยอารมณ์ที่ปลุกความตื่นตัว ย่อมนำไปสู่การเข้ารหัส[10]ข้อมูลความจำที่ดีกว่า และดังนั้น จึงมีอิทธิพลต่อการรักษาข้อมูลไว้และการค้นคืนข้อมูลจากระบบความจำนั้นได้ดีกว่า ความตื่นตัวในระบบความจำมีส่วนคล้ายกับการใส่ใจแบบเลือก (selective attention[11]) ในขั้นการเข้ารหัส เพราะว่า มนุษย์มักจะเข้ารหัสข้อมูลที่ทำให้ตื่นตัว มากกว่าข้อมูลที่ประกอบกับอารมณ์เฉยๆ[12] การเลือกสรรตัวกระตุ้นที่ปลุกความตื่นตัวในการเข้ารหัส ก่อให้เกิดความทรงจำระยะยาวที่ดีกว่าการเข้ารหัสตัวกระตุ้นที่ทำให้เกิดอารมณ์เฉยๆ [13] กล่าวโดยอีกนัยหนึ่งก็คือ กระบวนการรักษาและการสั่งสมข้อมูลความทรงจำ มีความเข้มแข็งขึ้นเมื่อประกอบกับข้อมูลหรือเหตุการณ์ที่ปลุกความตื่นตัว แม้การค้นคืนข้อมูลหรือการจำได้ก็ชัดเจนและแม่นยำกว่าด้วย[14]

ถึงแม้ว่าความตื่นตัวจะช่วยกระบวนการทรงจำในกรณีโดยมาก แต่ก็ยังมีรายละเอียดปลีกย่อยที่ต้องระวัง ในการเรียนรู้ ความตื่นตัวสัมพันธ์กับการระลึกได้และการค้นคืนข้อมูลในระยะยาวดีกว่าในระยะสั้น ยกตัวอย่างเช่น งานวิจัยหนึ่งพบว่า สำหรับคำที่ก่อให้เกิดความตื่นตัว มนุษย์สามารถจำคำนั้นได้ถ้าระลึกถึงอาทิตย์หนึ่งหลังจากเรียนคำนั้น ดีกว่าถ้าระลึกถึงสองนาทีหลังจากเรียน [15] ส่วนอีกงานวิจัยหนึ่งพบว่า ความตื่นตัวมีอิทธิพลที่ต่างกันต่อความทรงจำในบุคคลต่างๆ กัน ฮันส์ ไอเซงค์ พบความสัมพันธ์ระหว่างความทรงจำและความตื่นตัวที่ต่างกัน ของผู้ใส่ใจภายในและผู้ใส่ใจภายนอก ความตื่นตัวที่สูงกว่าเพิ่มจำนวนคำที่จำได้ในผู้ใส่ใจภายนอก และลดจำนวนคำที่จำได้ในผู้ใส่ใจภายใน[15]