ความจำเชิงกระบวนวิธี
ความจำเชิงกระบวนวิธี () เป็นความจำเพื่อการปฏิการงานประเภทใดประเภทหนึ่ง
เป็นความจำที่นำไปสู่พฤติกรรมเชิงกระบวนวิธีต่าง ๆ เป็นระบบที่อยู่ใต้สำนึก
คือเมื่อเกิดกิจที่ต้องกระทำ จะมีการค้นคืนความจำนี้โดยอัตโนมัติเพื่อใช้ในการปฏิบัติตามกระบวนวิธีต่าง ๆ ที่มีการประสานกันจากทั้งทักษะทางประชาน (cognitive) และทักษะการเคลื่อนไหว (motor) มีตัวอย่างต่าง ๆ ตั้งแต่การผูกเชือกรองเท้าไปจนถึงการขับเครื่องบินหรือการอ่านหนังสือ
ความจำนี้เข้าถึงและใช้ได้โดยไม่ต้องมีการควบคุมหรือความใส่ใจเหนือสำนึก (ที่เป็นไปใต้อำนาจจิตใจ)
เป็นประเภทหนึ่งของความจำระยะยาว (long-term memory) และโดยเฉพาะแล้ว เป็นประเภทหนึ่งของความจำโดยปริยาย (implicit memory)
ความจำเชิงกระบวนวิธีสร้างขึ้นผ่าน "การเรียนรู้เชิงกระบวนวิธี" (procedural learning)
คือการทำกิจที่มีความซับซ้อนนั้นซ้ำแล้วซ้ำอีก
จนกระทั่งระบบประสาทที่เกี่ยวข้องจะสามารถทำงานร่วมกันโดยอัตโนมัติเพื่อให้เกิดการกระทำนั้น ๆ 
การเรียนรู้เชิงกระบวนวิธีที่เป็นไปโดยปริยาย (คือไม่ได้อยู่ใต้อำนาจจิตใจ) เป็นสิ่งที่สำคัญในกระบวนการพัฒนาทักษะทางการเคลื่อนไหวหรือแม้แต่ทักษะทางประชาน
ในยุคแรก ๆ มีการใช้เทคนิคทางอรรถศาสตร์แบบง่าย ๆ เพื่อตรวจสอบและทำความเข้าใจความแตกต่างกัน ระหว่างระบบความจำเชิงกระบวนวิธีและระบบความจำเชิงประกาศ 
โดยที่ทั้งนักจิตวิทยาและนักปรัชญาได้เริ่มเขียนบทความเกี่ยวกับความจำชนิดต่าง ๆ มาเกินหนึ่งศตวรรษแล้ว
เช่น ในปี ค.ศ. 1804 นักปรัชญาชาวฝรั่งเศสเมน เดอ บิราน เขียนบทความเกี่ยวกับ "ความจำกล" (Mechanical memory) ในปี ค.ศ. 1890 ในหนังสือที่มีชื่อเสียงของเขาคือ "Principles of Psychology (หลักจิตวิทยา)" นักจิตวิทยาชาวอเมริกันวิลเลียม เจมส์ ได้เสนอว่ามีความแตกต่างกันระหว่างความจำ (memory) และนิสัย (habit)
ในยุคต้น ๆ จิตวิทยาประชาน (Cognitive psychology) มักจะมองข้ามอิทธิพลของการเรียนรู้ต่อระบบความจำ 
ซึ่งมีผลเป็นการจำกัดงานวิจัยเกี่ยวกับการเรียนรู้เชิงกระบวนวิธีจนกระทั่งถึงคริสต์ศตวรรษที่ 20 
ซึ่งเป็นยุคที่เริ่มเกิดความเข้าใจชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับหน้าที่และโครงสร้างทางประสาทที่มีบทบาทในการสร้าง การเก็บ และการค้นคืนความจำเชิงกระบวนวิธี 
ในปี ค.ศ. 1923 นักจิตวิทยาชาวอังกฤษ-อเมริกันวิลเลียม แม็คดูกอลล์เป็นบุคคลแรกที่แยกแยะความแตกต่างกันระหว่างความจำชัดแจ้ง (explicit memory) และความจำโดยปริยาย (implicit memory)
ในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1970 บทความต่าง ๆ เกี่ยวกับปัญญาประดิษฐ์ได้ทำการแยกแยะระหว่างความรู้เชิงกระบวนวิธี (procedural knowledge) และความรู้ชัดแจ้ง (declarative knowledge)
งานวิจัยที่เกิดขึ้นในช่วงนั้นแบ่งออกเป็นสองพวก คือพวกหนึ่งเพ่งเล็งไปในการศึกษาโดยใชัสัตว์ และอีกพวกหนึ่งโดยใช้คนไข้ภาวะเสียความจำ (amnesia)
ในปี ค.ศ. 1962 นักจิตวิทยาชาวอังกฤษเบร็นดา มิลเนอร์ ได้ให้หลักฐานการทดลองที่น่าเชื่อถือเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับความแตกต่างกันระหว่างความจำเชิงประกาศ ซึ่งรู้ว่า "อะไร" กับความจำเชิงกระบวนวิธี ซึ่งรู้ว่า "อย่างไร" 
โดยแสดงว่า คนไข้ภาวะเสียความจำขั้นรุนแรงคนหนึ่งคือนายเฮ็นรี่ โมไลสัน หรือที่รู้จักก่อนจะเสียชีวิตว่าคนไข้ H.M. สามารถเรียนรู้ทักษะที่ประสานการทำงานของตาและมือ (คือการวาดภาพดูเงาในกระจก) แม้ว่าจะจำไม่ได้ว่าได้ทำการฝึกวาดมาแล้ว
แม้ว่างานวิจัยนี้จะบ่งว่า ความจำไม่ใช่มีแค่ระบบเดียวและอยู่ในที่เดียวกันในสมอง
แต่นักวิจัยอื่น ๆ กลับมีมติร่วมกันในช่วงนั้นว่า ทักษะการเคลื่อนไหวน่าจะเป็นกรณีพิเศษ คือเป็นระบบความจำที่มีระดับประชานที่ต่ำกว่า (less cognitive)
ต่อจากนั้น โดยขัดเกลาปรับปรุงวิธีการวัดผลทางการทดลองให้ดีขึ้น ได้มีงานวิจัยอื่น ๆ อีกมากมายในคนไข้ภาวะเสียความจำ ที่ศึกษาเขตสมองต่าง ๆ ที่มีความเสียหายในระดับต่าง ๆ กัน
ซึ่งนำไปสู่การค้นพบว่าคนไข้สามารถเรียนรู้และดำรงไว้ซึ่งทักษะอื่น ๆ นอกจากทักษะการเคลื่อนไหวตามที่มิลเนอร์ได้ค้นพบ
แต่ว่า งานเหล่านี้มีข้อบกพร่องในการออกแบบเพราะว่าคนไข้มักจะมีผลการทดสอบต่าง ๆ ต่ำกว่าระดับปกติและดังนั้น จึงมีผลให้ภาวะเสียความจำถูกมองกันในเวลานั้นว่า เป็นความบกพร่องเกี่ยวกับการค้นคืนความจำล้วน ๆ 
แต่งานวิจัยในคนไข้ต่อ ๆ มาพบขอบเขตของระบบความจำที่เป็นปกติของคนไข้มากขึ้นที่สามารถใช้ในกิจการงานต่าง ๆ เป็นปกติ
ยกตัวอย่างเช่น โดยใช้เทคนิคให้อ่านหนังสือในกระจก (mirror reading task) คนไข้ภาวะเสียความจำมีการพัฒนาทักษะนี้ในระดับปกติ แม้ว่าจะจำคำศัพท์ที่อ่านแล้วบางคำไม่ได้
ต่อมาในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1980 ก็มีการค้นพบมากมายเกี่ยวกับกายวิภาคและสรีรภาพของกลไกทางประสาทที่มีบทบาทในความจำเชิงกระบวนวิธี
คือเขตสมองส่วน ซีรีเบลลัม ฮิปโปแคมปัส neostriatum และ basal ganglia ได้รับการระบุว่า มีบทบาทเกี่ยวกับการสร้างความจำ
การเรียนรู้ทักษะใหม่ ๆ ต้องอาศัยการฝึกหัด
แต่ว่าการทำซ้ำ ๆ กันอย่างเดียวไม่ได้เรียกกว่ามีการเรียนรู้ทักษะ
เพราะว่า การเรียนรู้ทักษะจะเรียกว่าสำเร็จได้ก็ต่อเมื่อมีพฤติกรรมที่เปลี่ยนไปเพราะเหตุแห่งประสบการณ์หรือการฝึกหัดนั้น ๆ 
อย่างนี้จึงเรียกว่าเกิดการเรียนรู้ แต่ว่า เป็นสภาวะที่ไม่สามารถสังเกตเห็นได้โดยตรงยกเว้นโดยพฤติกรรม
มีแบบจำลองการประมวลข้อมูลเช่นนี้ ซึ่งรวมเอาไอเดียเกี่ยวกับประสบการณ์ ที่เสนอว่า ทักษะเกิดขึ้นจากความปฏิสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบ 4 อย่างที่เป็นหลักของการประมวลข้อมูล 
ซึ่งก็คือ 
สมรรถภาพในการประมวลข้อมูล (คือขนาดของความจำใช้งาน) เป็นสิ่งที่สำคัญของความจำเชิงกระบวนวิธี
เพราะว่าเป็นส่วนของกระบวนการบันทึกความจำที่เพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทักษะโดยสัมพันธ์องค์ประกอบต่าง ๆ ในสิ่งแวดล้อมกับการตอบสนองที่เหมาะสม
ในปี ค.ศ. 1954 พอล ฟิตต์สและคณะได้เสนอแบบจำลองเพื่อที่จะสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับกับการสร้างทักษะ
เป็นแบบจำลองที่เสนอว่า การเรียนรู้จะเกิดขึ้นได้ต้องผ่านระยะต่าง ๆ คือ
ในแบบจำลองของฟิตต์ส (ปี คศ. 1954) ในระยะนี้ เราจะทำความเข้าใจว่า ทักษะที่ต้องการนั้นประกอบด้วยอะไรบ้าง
ความใส่ใจเป็นสิ่งที่สำคัญในการเรียนรู้ทักษะในระยะนี้
คือ เราต้องแยกส่วนทักษะที่ต้องการจะเรียน แล้วทำความเข้าใจว่าส่วนต่าง ๆ เหล่านี้มาประกอบกันเพื่อที่จะทำงานนี้ด้วยทักษะที่ถูกต้องได้อย่างไร
วิธีที่แต่ละคนจัดระเบียบส่วนต่าง ๆ เหล่านี้เรียกว่า schema
ซึ่งมีความสำคัญต่อการให้ทิศทางแก่การเรียนรู้
และกระบวนการที่แต่ละคนจะเลือก schema เป็นสิ่งที่อธิบายได้โดย metacognition (ความรู้เรื่องเกี่ยวกับการรู้ หรือประชานเกี่ยวกับประชาน)
ในระยะนี้ เราจะฝึกทักษะซ้ำ ๆ กันจนกระทั่งรูปแบบแห่งการตอบสนองจะปรากฏ
การกระทำที่เป็นทักษะจะเริ่มทำได้โดยอัตโนมัติ ในขณะที่จะมีการละเว้นการกระทำที่ไม่ได้ผล
ระบบรับความรู้สึกของเราจะมีข้อมูลเกี่ยวกับพื้นที่ (spatial) และสัญลักษณ์ (symbolic) ที่ต้องมีเพื่อที่จะทำกิจให้สำเร็จ
ความสามารถในการแยกแยะระหว่างสิ่งเร้าที่สำคัญและไม่สำคัญมีความจำเป็นในระยะนี้
เชื่อกันว่า ยิ่งมีสิ่งเร้าที่สำคัญกับงานนี้มากเท่าไร
ก็จะใช้เวลานานยิ่งขึ้นเท่านั้นในการที่จะผ่านระยะการเรียนรู้นี้
นี้เป็นระยะสุดท้ายของแบบจำลองของฟิตต์ส เป็นช่วงที่ทำการเรียนรู้ให้สมบูรณ์
ในระยะนี้ การแยกแยะสิ่งเร้าที่สำคัญและไม่สำคัญจะทำได้เร็วขึ้นและจะใช้ความคิดน้อยลง เพราะว่าทักษะเริ่มจะกลายเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ
การเก็บความรู้โดยประสบการณ์และความรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบต่าง ๆ ของทักษะเป็นส่วนสำคัญของระยะนี้
ในปี ค.ศ. 2005 ดร. แท็ดล็อกผู้ได้รับปริญญาเอกในด้านการอ่านหนังสือ ได้เสนอแบบจำลองอีกอย่างหนึ่งที่เรียกว่า "วงจรการพยากรณ์" (Predictive Cycle) เพื่อสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับการเรียนรู้ทักษะผ่านความจำเชิงกระบวนวิธี
แบบจำลองนี้แตกต่างจากแบบจำลองของฟิตต์สโดยนัยสำคัญเพราะว่า ไม่จำเป็นต้องทำความเข้าใจในองค์ประกอบต่าง ๆ ของทักษะ (เหมือนกับระยะแรกในแบบจำลองของฟิตต์ส)
คือ เราเพียงแต่ต้องรู้อยู่ในใจว่าต้องการที่จะได้ผลอย่างไร
แท็ดล็อกได้ใช้ความคิดนี้อย่างมีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาเรื่องการอ่านหนังสือของเด็กชั้นมัธยมต้นและมัธยมปลาย 
ระยะต่าง ๆ ของกระบวนการแก้ปัญหารวมทั้ง
คนที่ต้องการจะเรียนรู้จะผ่านระยะต่าง ๆ เหล่านี้ซ้ำแล้วซ้ำอีกจนกระทั่งได้สร้างหรือเปลี่ยนเครือข่ายทางประสาทที่จะก่อให้เกิดการปฏิบัตการอย่างสมควรและแม่นยำโดยไม่ต้องใช้ความคิด
พื้นเพของความคิดนี้เหมือนกับวิธีการบำบัดทางกายภาพที่ใช้เพื่อช่วยคนไข้ที่บาดเจ็บในกะโหลกศีรษะเพื่อฟื้นฟูทักษะในการดำรงชีวิต
คือคนไข้คิดว่าต้องการจะได้ผลอย่างไร (เช่นเพื่อที่จะควบคุมมือได้) ในขณะที่ทำความพยายามซ้ำ ๆ บ่อย ๆ
โดยที่ไม่ต้องสนใจว่าระบบประสาททำงานอย่างไรเพื่อจะขยับมือ
คนไข้จะพยายามทำการฝึกหัดต่อไปเรื่อย ๆ จนสามารถควบคุมการเคลื่อนไหวได้อย่างถูกต้อง
ในกรณีของคนไข้บาดเจ็บในกะโหลกศีรษะ การฟื้นฟูสภาพขึ้นอยู่กับขอบเขตความเสียหายและกำลังใจที่คนไข้มีในการฝึกหัด
โดยมากผู้ที่มีปัญหาอ่านหนังสือจะไม่มีความเสียหายในสมอง
แต่มีปัญหาที่กำหนดไม่ได้เกี่ยวกับการเรียนรู้โดยการอ่านหนังสือในวัยต้น ๆ 
แต่เพราะว่าสมองเป็นปกติดี แท็ดล็อกจึงเลือกใช้วิธีที่มีระเบียบแบบแผนสูงสัมพันธ์กับทฤษฏี"วงจรการพยากรณ์" เพื่อจะปรับปรุงการอ่านหนังสือให้แก่บุคคลที่มีปัญหาตั้งแต่ขั้นเบาจนถึงขั้นหนัก รวมทั้งปัญหาภาวะเสียการอ่านเข้าใจ
อุปกรณ์ที่ใช้ในการศึกษาทักษะการเคลื่อนไหวโดยใช้ตา (visual-motor tracking skill) และการประสานงานระหว่างตาและมือ (hand-eye coordination) จะให้ผู้รับการทดสอบติดตามวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่อยู่บนจอคอมพิวเตอร์โดยใช้ตัวชี้ตำแหน่ง
หรือติดตามจุดที่กำลังเคลื่อนที่อยู่บนแท่นหมุน (คล้ายกับเครื่องเล่นแผ่นเสียง) ด้วยตัวระบุตำแหน่ง
รูปที่แสดงด้านล่างนี้เป็นรูปแบบการทดสอบบนคอมพิวเตอร์ที่ผู้รับการทดสอบติดตามจุดที่วิ่งเป็นวงกลม
pursuit rotor task เป็นการทดสอบการติดตามที่ใช้ตา-การเคลื่อนไหวมือ ที่ปกติคนวัยเดียวกันจะมีผลใกล้เคียงกัน 
เป็นการทดสอบที่วัดความจำเชิงกระบวนวิธีและทักษะการเคลื่อนไหวแบบละเอียด (fine-motor skills)
เป็นการทดสอบทักษะการเคลื่อนไหวแบบละเอียดที่ควบคุมโดยคอร์เทกซ์สั่งการ (motor cortex) ที่แสดงเป็นส่วนสีเขียวในรูปข้างล่าง
ผลที่ได้เป็นคะแนนรวม อาศัยการวัดเวลาที่ผู้รับการตรวจสอบสามารถติดตามและไม่สามารถติดตามวัตถุเป้าหมาย
คนไข้ภาวะเสียความจำจะมีคะแนนปกติสำหรับงานทดสอบนี้เมื่อทำซ้ำ ๆ กัน
แต่การนอนไม่พอหรือการใช้ยาอาจมีผลต่อการทดสอบนี้
Serial reaction time (SRT) เป็นงานที่ใช้วัดการเรียนรู้โดยปริยาย (implicit learning) 
ในงาน SRT ผู้ร่วมการทดลองจะต้องตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่มีจำกัด
ซึ่งเป็นตัวช่วย (cue) ชี้ว่า ต้องตอบสนองอย่างไร (เช่น จะต้องกดปุ่มไหน).
โดยที่ผู้ร่วมการทดลองไม่รู้ จะมีความน่าจะเป็นสัมพันธ์กับสิ่งเร้า (เช่นจุดแสงบนจอคอมพิวเตอร์) ซึ่งเป็นตัวกำหนดสิ่งเร้าที่จะปรากฏต่อไป จากสิ่งเร้าหนึ่งไปสู่อีกสิ่งเร้าหนึ่ง 
และดังนั้น สิ่งเร้าที่จะปรากฏต่อไปสามารถจะพยากรณ์ได้โดยความน่าจะเป็น
และดังนั้น การตอบสนอง (reaction time) ของผู้รับการทดสอบจะเร็วขึ้นเรื่อย ๆ เพราะว่าผู้ร่วมการทดลองเกิดการเรียนรู้และใช้ความน่าจะเป็น (โดยไม่ได้อยู่ใต้อำนาจจิตใจ) จากสิ่งเร้าไปสู่สิ่งเร้า
กล่าวอีกอย่างหนึ่ง งานนี้ให้ผู้รับการตรวจสอบเรียนทักษะที่ประเมินความจำเชิงกระบวนวิธีอย่างหนึ่งโดยเฉพาะ 
ทักษะจะมีการวัดโดยความเร็วและความแม่นยำในการเรียนรู้และโดยช่วงเวลาที่ทักษะดำรงรักษาไว้ได้
คนไข้โรคอัลไซเมอร์และภาวะเสียความจำสามารถรักษาทักษะไว้ได้ในระยะยาวซึ่งแสดงว่า สามารถที่จะเรียนรู้ทักษะใหม่ ๆ และสามารถใช้ทักษะได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อรับการทดสอบภายหลังการเรียนรู้
งาน "การวาดรูปโดยมองในกระจก" (Mirror tracing task) ทดสอบการประสานข้อมูลจากประสาทสัมผัสต่าง ๆ โดยเฉพาะคือเป็นการทดสอบการเคลื่อนไหวโดยใช้ตา ที่ผู้รับการทดสอบเรียนทักษะใหม่ที่เกี่ยวกับการประสานตาและมือ 
งานทดลองนี้เป็นแบบทดลองแรกที่แสดงหลักฐาน (ในนายเฮ็นรี่ โมไลสัน) ว่า ความจำเชิงกระบวนวิธีนั้นมีอยู่ต่างหากจากความจำชัดแจ้ง เพราะว่า คนไข้เสียความจำสามารถเรียนรู้และรักษาทักษะใหม่ไว้ได้
การวาดภาพนั้นเป็นงานที่ความจำเชิงกระบวนวิธีมีบทบาท
ดังนั้น เมื่อเราได้ฝึกการวาดภาพโดยมองในกระจกเป็นครั้งแรกแล้ว ก็จะไม่มีปัญหาในการทำอย่างนั้นอีกเป็นครั้งที่สอง
แม้ว่าคนไข้โรคอัลไซเมอร์จะจำไม่ได้ว่าเคยฝึกงานนี้แล้ว
แต่ก็จะมีประสิทธิภาพในการวาดภาพ (ที่พบในการวาดในครั้งต่อ ๆ ไป) ที่เป็นปกติ
งานนี้แม้จะเป็นงานเรียนรู้โดยความน่าจะเป็น แต่ก็มีการให้ผู้ร่วมการทดลองแสดงด้วยว่า ใช้อะไรเป็นกลยุทธ์ในการไขปัญหา
คือเป็นงานที่อาศัยประชานแต่เกิดการเรียนรู้โดยกระบวนวิธี
เป็นงานที่ใช้สิ่งเร้าหลายแบบ (เช่นรูปร่างและสี) โดยมีการให้ไพ่พยากรณ์อากาศชุดหนึ่งกับผู้ร่วมการทดลอง ที่ประกอบด้วยรูปร่างและสีต่าง ๆ ซึ่งผู้ร่วมการทดลองต้องอาศัยในการพยากรณ์อากาศ
หลังจากผู้ร่วมการทดลองทำการพยากรณ์ก็จะได้รับข้อมูลป้อนกลับ (ว่าถูกผิดแค่ไหน) แล้วก็ให้ทำการจัดประเภทอาศัยข้อมูลป้อนกลับนั้น 
ยกตัวอย่างเช่น จะแสดงไพ่ชุดหนึ่งให้กับผู้ร่วมการทดลองเพื่อให้พยากรณ์ว่าชุดที่ให้นั้นแสดงว่าจะมีอากาศดีหรือไม่ดี
ผลอากาศจะเป็นอย่างไรจะเป็นไปตามกฏความน่าจะเป็นที่อาศัยไพ่แต่ละแผ่น
ผลงานวิจัยพบว่า คนไข้ภาวะเสียความจำสามารถเรียนรู้งานนี้ (คือยังมีการเรียนรู้โดยกระบวนวิธี) แต่จะมีปัญหาเกี่ยวกับเรียนรู้ในช่วงหลัง ๆ (ที่มีการเรียนรู้เกิน ~50 ครั้ง) เทียบกับกลุ่มควบคุม
มีองค์ประกอบหลายอย่างที่มีบทบาทในการทำงานให้ดี คือ
แม้ว่าทุกองค์ประกอบจะสำคัญ แต่องค์แต่ละองค์จะสำคัญไม่เท่ากันขึ้นอยู่กับกระบวนวิธีและทักษะที่ต้องใช้ สิ่งแวดล้อม และเป้าหมายของการกระทำ
โดยใช้องค์ประกอบต่าง ๆ เหล่านี้ในการเปรียบเทียบผู้เชี่ยวชาญกับมือสมัครเล่นทั้งในเรื่องทักษะทางประชานและทักษะทางการรับรู้-การเคลื่อนไหว (sensorimotor) นักวิจัยได้ทำความเข้าใจใหม่ ๆ เป็นอันมากว่า องค์ประกอบอะไรทำให้ผู้เชี่ยวชาญมีความชำนาญ และองค์ประกอบอะไรที่มือสมัครเล่นไม่มี
หลักฐานบอกเป็นนัยว่า สิ่งที่มักจะมองข้ามเกี่ยวกับเรื่องความชำนาญของทักษะ ก็คือกลไกความใส่ใจในการใช้ความจำเชิงกระบวนวิธีที่มีประสิทธิภาพในเวลาที่กำลังทำกิจด้วยทักษะนั้นอยู่
ผลงานวิจัยบอกเป็นนัยว่า ในระยะต้น ๆ ของการเรียนรู้ทักษะใหม่ การปฏิบัติการจะเป็นไปตามขั้นตอนต่าง ๆ ที่อยู่ในความจำใช้งาน และแต่ละขั้นตอนจะได้รับการใส่ใจทีละขั้นตอน ๆ 
ปัญหาที่เกิดขึ้นก็คือว่า ความใส่ใจเป็นทรัพยากรที่มีอยู่จำกัด
ดังนั้น กระบวนการควบคุมที่ทำไปตามขั้นตอนอย่างนี้ ต้องใช้สมรรถภาพของระบบการใส่ใจ
ซึ่งลดความสามารถของผู้กระทำที่จะโฟกั้สที่จุดอื่น ๆ ของการทำงานนั้น
เช่นการตัดสินใจ ทักษะเคลื่อนไหวที่ละเอียด การตรวจดูพละกำลังของตน และการมองงานโดยภาพรวม
แต่ว่า เมื่อเกิดการฝึกบ่อย ๆ ความรู้เชิงกระบวนวิธีก็จะเจริญขึ้น ทำให้สามารถทำงานโดยไม่ต้องใช้ความจำใช้งาน และดังนั้นทักษะจึงทำงานไปได้โดยอัตโนมัติ
และนี่เป็นผลดีต่อประสิทธิภาพของการทำงานโดยองค์รวม
คือเพราะว่าไม่ต้องใส่ใจหรือคอยตรวจเช็คทักษะการทำงานขั้นพื้นฐาน
ดังนั้นจึงสามารถทำความใส่ใจในกระบวนการอื่น ๆ ได้เพิ่มยิ่งขึ้น
เป็นสิ่งที่ปรากฏชัดเจนแล้วว่า ทักษะที่มีการฝึกหัดในระดับสูงเป็นทักษะที่มีการปฏิบัตการอย่างอัตโนมัติ
เป็นทักษะที่เกิดขึ้นเมื่อเกิดความจำเป็น ที่รับการสนับสนุนโดยความจำเชิงกระบวนวิธีโดยแทบไม่ต้องมีความใส่ใจ
และโดยทำงานเป็นอิสระจากความจำใช้งาน (working memory)
แต่ว่าผู้เชี่ยวชาญที่มีความชำนาญอย่างยิ่งบางครั้งก็ยังสามารถทำการผิดพลาดได้ในสถานการณ์ที่มีความกดดันสูง
ปรากฏการณ์นี้เรียกในภาษาอังกฤษว่า "choking" (แปลว่า การสำลัก เป็นคำอุปมาใช้แสดงการทำกิจอย่างย่ำแย่ภายใต้แรงกดดัน ทำในลักษณะที่ไม่น่าเป็นไปได้เพราะเหตุที่ได้ฝึกมาแล้วเป็นอย่างดี)
และเป็นตัวอย่างยกเว้นที่น่าสนใจเกี่ยวกับกฏธรรมชาติโดยรวม ๆ อย่างหนึ่งว่า 
ทักษะที่ฝึกมาอย่างดีแล้วจะทนทานต่อความเสื่อมได้ใต้สถานการณ์ต่าง ๆ มากมาย
แม้ว่ายังไม่เข้าใจกันดี แต่ก็เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางแล้วว่า เหตุของปรากฏการณ์นี้ก็คือความกดดันเพื่อจะทำให้ดี
ซึ่งมีการกำหนดว่า เป็นความต้องการที่ประกอบด้วยความวิตกกังวลที่จะทำการให้ได้ดีเยี่ยมในสถานการณ์หนึ่ง ๆ 
ปรากฏการณ์นี้มักเป็นเรื่องเกี่ยวกับทักษะการเคลื่อนไหว
และตัวอย่างที่สามัญที่สุดที่เห็นได้จริง ๆ อยู่ในวงกีฬา
คือ นักกีฬาระดับโปรที่ฝึกมาอย่างดีแล้วกลับเกิดการกระทำพลิกล็อกภายใต้ความกดดันคือทำกิจนั้น ๆ แย่จนกระทั่งว่า ขณะนั้นเหมือนกับมือสมัครเล่น
แต่ปรากฏการณ์นี้ก็เกิดขึ้นได้ในทักษะรูปแบบอื่น ๆ ที่ต้องใช้ความสามารถทางประชาน ทางภาษา หรือทางการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนอื่น ๆ
มีทฤษฎี "เพ่งเล็งตน" (Self-focus) ต่าง ๆ ที่บอกเป็นนัยว่า ความกดดันจะเพิ่มความวิตกกังวลและความสำนึกตน (self-consciousness) ในการที่จะทำกิจให้ถูกต้อง
ซึ่งเพิ่มระดับความใส่ใจที่ให้กับกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการปฏิบัติกิจนั้น ๆ 
และความใส่ใจในวิธีเป็นขั้นเป็นตอนนี้แหละที่เข้าไปรบกวนทักษะที่ฝึกมาอย่างดีแล้วที่กลายเป็นการกระทำอัตโนมัติไปแล้ว
ทำให้สิ่งที่ก่อนหน้านี้ไม่ต้องใช้ความพยายามไม่ต้องจงใจเพื่อที่จะระลึกถึงวิธีการปฏิบัติในความจำเชิงกระบวนวิธี กลายเป็นเรื่องที่ทำได้อย่างช้า ๆ ที่ต้องทำโดยเจตนา
มีหลักฐานที่แสดงว่า ทักษะยิ่งกลายเป็นกระบวนการอัตโนมัติเท่าไร ก็จะยิ่งทนทานต่อสิ่งรบกวน ต่อความกดดันที่จะทำให้ดี และต่อปรากฏการณ์ choking ยิ่งขึ้นเท่านั้น
เป็นหลักฐานที่แสดงว่า ความจำเชิงกระบวนวิธีมีเสถียรภาพของที่เหนือกว่าความจำอาศัยเหตุการณ์
นอกจากการฝึกซ้อมเพื่อให้เกิดความเป็นไปโดยอัตโนมัติของทักษะแล้ว
การฝึกบริหาร self-consciousness (ความสำนึกว่าตนเป็นเป้าหมายความสนใจของผู้อื่นที่ทำให้เกิดความประหม่า) ก็จะช่วยในการลดปรากฏการณ์ choking ในสถานการณ์ที่กดดันอีกด้วย
ปรากฏการณ์นี้มีฐานในสมมติฐานว่า การลดระดับหรือการเปลี่ยนเป้าหมายความใส่ใจในเรื่องที่กำลังมีการเข้ารหัสและเก็บไว้ในความจำ
จะลดทั้งคุณภาพและปริมาณของสิ่งที่จำได้ ในความจำชัดแจ้งที่บอกให้ผู้อื่นรู้ได้
ดังนั้น ถ้าทักษะที่ฝึกมาอย่างดีแล้วอยู่ในรูปแบบของความจำเชิงกระบวนวิธี และการค้นคืนเพื่อทำการปฏิบัติภายหลังเกิดขึ้นโดยจิตใต้สำนึก (ไม่ได้อยู่ในความควบคุม) และเป็นกระบวนการอัตโนมัติ
ก็ควรจะมีหลักฐานแสดงว่า การระลึกได้โดยชัดแจ้งถึงเหตุการณ์ต่าง ๆ ระหว่างที่มีการปฏิบัติการโดยอัตโนมัติจะลดระดับลง
มีตัวอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้
หลังจากเกมที่นายซิดนี่ย์ ครอสบี้ยิงประตูสหรัฐในช่วงนอกเวลาได้ มีผลให้ทีมแคแนดาชนะเหรียญทองกีฬาฮอกกี้น้ำแข็งในงานโอลิมปิกฤดูหนาว 2010
นักข่าวคนหนึ่งได้ทำการสัมภาษณ์ครอสบี้ขณะยังอยู่บนลานน้ำแข็ง โดยเริ่มต้นว่า
“ซิด ถ้าเป็นไปได้ บอกหน่อยว่ายิงเข้าโกล์ได้อย่างไร”
ส่วนครอสบี้ตอบว่า “ผมจำไม่ค่อยได้หรอก ผมก็ยิงประตูนั่นแหละ น่าจะจากแถว ๆ นี้ ผมจำได้แค่นี้แหละ..."
มีข่าวว่า มีชาวแคแนดาถึง 16.6 ล้านคนที่ดูการยิงประตูของครอสบี้
และน่าจะเป็นจริงว่า คนแคแนดาส่วนมากจะสามารถจำรายละเอียดเหตุการณ์นี้ได้อย่างง่าย ๆ แต่ไม่ใช่ตัวครอสบี้เอง
เพราะว่า เขาตกอยู่ในภาวะของระบบอัตโนมัติจนกระทั่งว่า เกิดการระงับสมรรถภาพในความจำชัดแจ้งของเขา
striatum ส่วนบนด้านข้าง (dorsolateral) ซึ่งเป็นส่วนของระบบ basal ganglia มีความสัมพันธ์กับการสร้างนิสัยและเป็นนิวเคลียสประสาทหลักที่เชื่อมต่อกับความจำเชิงกระบวนวิธี
ส่วนการเชื่อมต่อแบบเร้าจาก CNS ส่วน afferent จะช่วยในการควบคุมการทำงานของวงจรประสาทใน basal ganglia
และโดยหลัก ๆ แล้ว จะมีวิถีประสาทประมวลผลขนานกันคู่หนึ่งที่ออกจาก striatum
ซึ่งทำงานเป็นปฏิปักษ์กันในการควบคุมการเคลื่อนไหว
และเป็นส่วนที่เชื่อมต่อกับระบบที่ทำกิจอื่น ๆ ที่จำเป็น
ในบรรดาวิถีประสาทขนานนั้น วิถีประสาทหนึ่งเป็นการเชื่อมต่อโดยตรง ส่วนอีกวิถีหนึ่งเป็นการเชื่อมต่อโดยอ้อม และทั้งสองทำงานร่วมกันเป็นวงวนป้อนกลับ (feedback loop) โดยกิจ
คือมีวงจรป้อนกลับมาที่ striatum จากส่วนอื่น ๆ ของสมอง
รวมทั้งจากคอร์เทกซ์ในระบบลิมบิกซึ่งเป็นศูนย์อารมณ์, 
striatum ด้านล่าง (ventral) ที่เป็นศูนย์รางวัล (reward-center), 
และเขตสั่งการสำคัญอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหว 
วงวนหลักที่มีบทบาทในทักษะการเคลื่อนไหวของความจำเชิงกระบวนการ ปกติเรียกว่า cortex-basal ganglia-thalamus-cortex loop (วงวนคอร์เทกซ์-basal ganglia-ทาลามัส-คอร์เทกซ์)
striatum เป็นส่วนพิเศษในสมองเพราะไม่มีนิวรอนเกี่ยวข้องกับสารกลูตาเมตที่พบโดยทั่วไปทั้งสมอง
แต่กลับมีนิวรอนแบบยับยั้งแบบพิเศษเกี่ยวข้องกับสาร GABA ที่เรียกว่า "medium spiny neuron" ในระดับความหนาแน่นสูง 
วิถีประสาทขนานคู่ที่พูดถึง ที่ดำเนินไปจากและกลับมาที่ striatum ก็มีนิวรอนพิเศษประเภทนี้เช่นกัน
นิวรอนเหล่านี้ทั้งหมดไวต่อสารสื่อประสาทต่าง ๆ 
และมีหน่วยรับความรู้สึก (receptor) ต่าง ๆ ที่สมควรกับสารสื่อประสาทรวมทั้ง dopamine receptor (DRD1, DRD2), Muscarinic receptor (M4) และ Adenosine receptor (A2A)
มี interneuron อื่น ๆ ที่สื่อสารกับ spiny neuron ของ striatum ถ้ามีสารสื่อประสาท acetylcholine จาก somatic nervous system ซึ่งเป็นส่วนของระบบประสาทส่วนปลายที่สัมพันธ์กับการเคลื่อนไหวใต้อำนาจจิตใจผ่านกล้ามเนื้อโครงร่าง
ความเข้าใจปัจจุบันของกายวิภาคและสรีรภาพของสมองบอกเป็นนัยว่า 
สภาพพลาสติกของนิวรอนใน striatum เป็นเหตุที่ยังให้วงจรประสาทต่าง ๆ ใน basal ganglia สามารถสื่อสารกับโครงสร้างต่าง ๆ
และทำกิจประมวลผลเกี่ยวกับความจำเชิงกระบวนวิธี
ซีรีเบลลัมมีบทบาทในการปรับปรุงการเคลื่อนไหวและในการปรับปรุงความคล่องแคล่วของการเคลื่อนไหวที่พบในทักษะเชิงกระบวนวิธีเช่นการวาดภาพ การเล่นเครื่องดนตรี และการเล่นกีฬา
ความเสียหายต่อสมองเขตนี้สามารถขัดขวางการเรียนรู้ทักษะการเคลื่อนไหวใหม่ ๆ 
นอกจากนั้นแล้ว ผลงานทดลองที่วัดการสัมพันธ์ในปี ค.ศ. 2008 พบว่า เขตนี้มีบทบาทในการทำการเรียนรู้เชิงกระบวนวิธีให้สามารถเป็นไปได้โดยอัตโนมัติ
ความคิดใหม่ ๆ ในวงวิทยาศาสตร์เสนอว่า คอร์เทกซ์ส่วนซีรีเบลลัมอาจมีสิ่งที่สืบหากันมากที่สุดในเรื่องของระบบความจำ 
เป็นสิ่งที่นักวิจัยเรียกว่า "engram" ซึ่งเป็นส่วนของระบบชีวภาพที่เก็บความจำ
คือ ร่อยรอยความจำ (memory trace) ในส่วนเบื้องต้นเชื่อกันว่ามีการสร้างขึ้นที่เขตนี้แล้วจึงส่งออกไปยังนิวเคลียสในสมองอื่น ๆ เพื่อการทำให้มั่นคง (consolidation) โดยผ่านใยประสาทขนานของเซลล์ Purkinje cells ซึ่งอยู่ในซีรีเบลลัม
ระบบลิมบิกเป็นกลุ่มเขตพิเศษต่าง ๆ ในสมองที่ทำงานร่วมกันในกระบวนการต่าง ๆ เกี่ยวกับอารมณ์ แรงจูงใจ (motivation) การเรียนรู้ และความจำ
มีความคิดในปัจจุบันว่า ระบบลิมบิกมีกายวิภาคร่วมกับส่วนหนึ่งของ neostriatum ซึ่งได้รับเครดิตอยู่แล้วว่า มีบทบาทสำคัญในการควบคุมความจำเชิงกระบวนวิธี.
แม้ว่าจะเชื่อกันมาก่อนว่าเป็นส่วนที่ทำกิจต่างกัน เขตสำคัญในสมองที่ริมด้านหลังของ striatum กลับพบในปี ค.ศ. 2000 ว่ามีความสัมพันธ์กับความจำ เป็นเขตที่เริ่มจะเรียกกันว่า marginal division zone (MrD)
โปรตีนพิเศษที่เยื่อหุ้มเซลล์ที่สัมพันธ์กับระบบลิมบิกมีอยู่อย่างหนาแน่นในโครงสร้างที่สัมพันธ์กัน และแพร่ไปทาง basal ganglia
พูดอย่างง่าย ๆ ก็คือ การทำงานของเขตสมองที่มีการปฏิบัติการประสานกันเกี่ยวกับความจำเชิงกระบวนวิธี จะสามารถติดตามได้โดยโปรตีนพิเศษที่เยื่อหุ้มเซลล์ที่สัมพันธ์กับระบบลิมบิกนี้ โดยใช้เทคนิคประยุกต์ของงานวิจัยทาง immunohistochemistry และทางอณูชีววิทยา
โดพามีนเป็นสารควบคุมประสาท (neuromodulator) อย่างหนึ่งที่รู้กันว่ามีบทบาทเกี่ยวกับความจำเชิงกระบวนวิธี
มีหลักฐานที่แสดงว่า โดพามีนอาจจะมีอิทธิพลต่อสภาพพลาสติกของระบบความจำต่าง ๆ โดยปรับการประมวลผลของสมอง
เมื่อสถานการณ์สิ่งแวดล้อมเกิดการเปลี่ยนแปลง ซึ่งทำให้บุคคลต้องเลือกพฤติกรรมที่จะทำ หรือต้องทำการตัดสินใจหลาย ๆ อย่างโดยรวดเร็ว
เป็นสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการการเดินหนที่ปรับตัวได้ (adaptive navigation)
ซึ่งช่วยให้เขตสมองต่าง ๆ สามารถทำการตอบสนองร่วมกันในสถานการณ์ใหม่ ๆ ที่มีสิ่งเร้าและองค์ประกอบต่าง ๆ ที่ไม่คุ้นเคย และสามารถทำให้เกิดการปรับการตอบสนองทางพฤติกรรมให้เหมาะสมกับสถานการณ์ผ่านการเรียนรู้ 
วิถีประสาทโดพามีนมีอยู่กระจายทั่วไปในสมองซึ่งยังให้เกิดการประมวลผลแบบขนานในโครงสร้างต่าง ๆ มากมายโดยพร้อม ๆ กัน
ผลงานวิจัยในปัจจุบันระบุวิถีประสาทโดพามีนที่เชื่อมต่อ ventral tagmentum-เปลือกสมอง-ระบบลิมบิก (mesocorticolimbic pathway) ว่าเป็นส่วนที่มีบทบาทมากที่สุดในการเรียนรู้ที่เกิดรางวัล (reward learning) และที่ปรับสภาพของจิต
ผลงานวิจัยในปี ค.ศ. 2006 ช่วยอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความจำเชิงกระบวนวิธี การเรียนรู้ และสภาพพลาสติกของไซแนปส์ในระดับโมเลกุล
งานวิจัยหนึ่งใช้สัตว์เล็ก ๆ ที่ไม่มีแฟ็กเตอร์การถอดรหัส (transcription factor) ตระกูล CREB ในระดับที่ปกติเพื่อตรวจดูการประมวลข้อมูลใน striatum ในระหว่างการเรียนรู้แบบต่าง ๆ 
แม้ว่าจะยังไม่เป็นที่เข้าใจกันดี ผลงานทดลองแสดงว่า การทำงานของ CREB ที่ไซแนปส์จำเป็นเพื่อที่จะเชื่อมต่อการเรียนรู้ (acquisition) กับการเก็บ (storage) ของความจำเชิงกระบวนวิธี
การศึกษาเรื่องโรคต่าง ๆ เป็นสิ่งสำคัญในการสร้างความเข้าใจในระบบความจำต่าง ๆ 
เพราะว่า ความสามารถและความบกพร่องทางความจำของคนไข้โรคต่าง ๆ มีบทบาทสำคัญในการแสดงว่า
ความจำระยะยาวจริง ๆ แล้วเป็นความจำประเภทต่าง ๆ กัน หรือโดยเฉพาะก็คือ เป็นความจำเชิงประกาศ (declarative memory) และความจำเชิงกระบวนวิธี (procedural memory)
นอกจากนั้นแล้ว คนไข้ก็มีความสำคัญในการแสดงโครงสร้างต่าง ๆ ของสมองที่เป็นฐานเครือข่ายประสาทของความจำเชิงกระบวนวิธี
ผลงานวิจัยในปัจจุบันแสดงว่า ปัญหาความจำเชิงกระบวนวิธีของคนไข้อัลไซเมอร์
อาจมีเหตุมาจากความเปลี่ยนแปลงในการทำงานของเอนไซม์ในเขตสมองที่ทำหน้าที่รวบรวมความจำเช่นเขตฮิปโปแคมปัส
เอนไซม์โดยเฉพาะที่มีบทบาทในความเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นเรียกว่า acetylcholinesterase (AchE)
ซึ่งอาจจะได้รับผลกระทบจากแนวโน้มทางกรรมพันธุ์เกี่ยวกับหน่วยรับความรู้สึก (receptor) ที่อยู่ในสมองที่มีบทบาทในระบบภูมิคุ้มกัน เป็นหน่วยรับความรู้สึกที่เรียกว่า histamine H1 receptor
งานวิจัยเหล่านั้นพบด้วยว่า สารสื่อประสาทต่าง ๆ คือโดพามีน เซโรโทนิน และ acetylcholine มีระดับที่ต่าง ๆ กันในซีรีเบลลัมของคนไข้
งานวิจัยในปี ค.ศ. 2008 เสนอความคิดว่า ระบบฮิสตามีนอาจเป็นเหตุของความบกพร่องทางประชานที่พบในคนไข้ และของปัญหาความจำเชิงกระบวนวิธีที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากความผิดปกติทางจิต (psychopathology)
โรคในระบบประสาทกลางที่เรียกว่า Tourette syndrome (ความผิดปกติที่มีอาการกล้ามเนื้อกระตุกชนิดเคลื่อนไหวหลายชนิดร่วมกับชนิดเปล่งเสียง) โดยคล้ายกับโรคเกี่ยวกับความจำเชิงกระบวนวิธีมากมายอื่น ๆ มีความเกี่ยวข้องกับความเปลี่ยนแปลงในเขตใต้คอร์เทกซ์ที่สัมพันธ์กันที่เรียกว่า striatum
เขตนี้และวงจรประสาทอื่น ๆ ที่ทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดจาก basal ganglia ได้รับผลกระทบทั้งโดยโครงสร้างและโดยกิจในคนไข้โรคนี้ 
บทความที่มีอยู่ในปัจจุบันเกี่ยวกับประเด็นนี้แสดงหลักฐานว่า มีรูปแบบพิเศษหลายหลากของความจำเชิงกระบวนวิธี
โดยมีส่วนที่น่าสนใจว่า รูปแบบความจำเชิงกระบวนวิธีที่มีผลกระทบมากที่สุดที่สามัญที่สุดของคนไข้ Tourette Syndrome
เป็นเรื่องเกี่ยวกับกระบวนการเรียนรู้ทักษะที่เชื่อมสิ่งเร้ากับการตอบสนองในช่วงการเรียนรู้ (เช่นใน probabilistic classification task เช่นงานพยากรณ์อากาศ)
ระบบประสาทต่าง ๆ ที่มีบทบาทในความจำเชิงกระบวนวิธีมักเป็นเป้าหมายของเชื้อเอชไอวี
โดยส่วน striatum เป็นโครงสร้างที่ได้รับผลอย่างเห็นได้ชัดที่สุด 
งานวิจัยที่ใช้ MRI แสดงความฝ่อในเขตใต้คอร์เทกซ์ส่วน basal ganglia และความผิดปกติของเนื้อขาว (white matter) ในเขตต่าง ๆ ที่สำคัญต่อทั้งความจำเชิงกระบวนวิธีและทักษะการเคลื่อนไหว 
งานวิจัยประยุกต์ที่ใช้งานทดสอบต่าง ๆ เพื่อตรวจสอบความจำเชิงกระบวนวิธีเช่น pursuit rotor, การวาดรูปดาวโดยดูในกระจก, และการพยากรณ์อากาศ (โดยความน่าจะเป็นของไพ่ที่แสดง) แสดงว่า
คนไข้เอชไอวีทำงานได้แย่กว่าคนปกติซึ่งบอกเป็นนัยว่า สมรรถภาพที่แย่กว่าโดยทั่ว ๆ ไปในงานต่าง ๆ เกิดจากความเปลี่ยนแปลงเฉพาะอย่าง ๆ ในสมองที่เกิดจากโรค
แม้ว่าจะเป็นโรคที่มีผลโดยตรงต่อเขต striatum ต่าง ๆ ของสมองที่ใช้ในความจำเชิงกระบวนวิธี
คนไข้โรคฮันติงตันโดยส่วนใหญ่กลับไม่แสดงปัญหาทางความจำเหมือนกับบุคคลอื่นที่มีโรคต่าง ๆ ในสมองที่มีผลต่อ striatum 
แต่ว่าในคนไข้ระยะท้าย ๆ จะมีความเสียหายต่อความจำเชิงกระบวนวิธีที่เกิดจากความเสียหายต่อวิถีประสาทสำคัญต่าง ๆ ที่ช่วยการสื่อสารระหว่างเขตต่าง ๆ ใต้เปลือกสมองข้างใน (inner subcortical) กับเขตต่าง ๆ ใน prefrontal cortex
งานวิจัยที่ใช้การสร้างภาพในสมอง (neuroimaging) แสดงว่าคนไข้โรคย้ำคิดย้ำทำ (Obsessive compulsive disorder ตัวย่อ OCD) ทำงานต่าง ๆ ที่ทดสอบความจำเชิงกระบวนวิธีได้ดีกว่าเพราะว่ามีการทำงานเกินกว่าปกติที่สังเกตเห็นได้ในโครงสร้างต่าง ๆ ใน striatum โดยเฉพาะในวงจรประสาทที่เชื่อมกับสมองกลีบหน้า (frontostriatal circuit)
งานวิจัยเหล่านี้แสดงว่า ความจำเชิงกระบวนวิธีของคนไข้ OCD ดีกว่าปกติในระยะการเรียนรู้เบื้องต้น
เป็นที่รู้กันแล้วว่าโรคพาร์กินสันมีผลต่อเขตสมองต่าง ๆ ในสมองกลีบหน้าโดยเฉพาะ
ข้อมูลวิทยาศาสตร์ปัจจุบันบอกเป็นนัยว่า ปัญหาสมรรถภาพความจำที่เห็นได้ชัดในคนไข้ เกิดจากการควบคุมโดยวงจรวงจรประสาทที่เชื่อมสมองกลีบหน้ากับ striatum (frontostriatal circuit) ที่ผิดปกติ 
คนไข้โรคพาร์กินสันบ่อยครั้งประสบความยากลำบากเกี่ยวกับเรื่องลำดับการกระทำที่ต้องใช้ในระยะการเรียนรู้ 
หลักฐานอื่น ๆ แสดงด้วยว่า เครือข่ายประสาทต่าง ๆ ของสมองกลีบหน้ามีความเกี่ยวข้องกับกิจบริหาร (executive function) และจะเกิดการทำงานเมื่อคนไข้ต้องทำงานบางอย่าง
ซึ่งแสดงว่า frontostriatal circuit เป็นวงจรอิสระแต่สามารถทำงานร่วมกับเขตอื่น ๆ ในสมองซึ่งช่วยในกิจต่าง ๆ เช่นการใส่ใจ คือการตั้งสมาธิ
งานวิจัยที่ใช้ MRI แสดงว่าคนไข้โรคจิตเภทที่ไม่ทานยารักษามี putamen ขนาดเล็กกว่าปกติ putamen เป็นส่วนของ striatum ที่มีบทบาทที่สำคัญยิ่งในความจำเชิงกระบวนวิธี 
งานวิจัยอื่น ๆ พบว่า คนไข้โรคจิตเภทมีการสื่อสารที่ไม่เหมาะสมระหว่าง basal ganglia กับส่วนรอบ ๆ extrapyramidal system 
ซึ่งรู้กันว่า มีบทบาทอย่างใกล้ชิดกับระบบสั่งการ (motor system) และการประสานการเคลื่อนไหว 
ความเชื่อล่าสุดก็คือว่า ปัญหาการทำกิจใน striatum ของคนไข้โรคจิตเภทไม่มีนัยสำคัญพอที่จะทำการเรียนรู้เชิงกระบวนวิธีให้เสียหายอย่างรุนแรง
แต่ว่า ก็ยังมีหลักฐานที่แสดงว่า ความเสียหายจะสำคัญพอที่จะสร้างปัญหาการพัฒนาทักษะจากการฝึกช่วงหนึ่งไปยังอีกช่วงหนึ่ง
โดยทั่ว ๆ ไปแล้ว งานวิจัยเกี่ยวกับผลของยาต่อความจำเชิงกระบวนวิธียังมีน้อย
ซึ่งเป็นผลจากความจริงว่า ความจำเชิงกระบวนวิธีเป็นความจำโดยปริยายและดังนั้นจึงยากที่จะทดสอบ
ไม่เหมือนกับความจำเชิงประกาศซึ่งชัดเจนกว่าและสามารถทดสอบได้ง่ายกว่าเพื่อกำหนดผลของยา
แม้ว่าผลของแอลกอฮอล์จะได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางโดยเฉพาะต่อความจำชัดแจ้ง แต่ก็ยังมีงานวิจัยน้อยงานที่ตรวจสอบผลของแอลกอฮอล์ต่อความจำเชิงกระบวนวิธี
งานวิจัยโดยพิเท็ลและคณะแสดงว่า โรคพิษสุรา (alcoholism) ขัดขวางสมรรถภาพในการเรียนรู้ความรู้เชิงความหมายใหม่ ๆ
ในงานวิจัยนี้ แม้ว่าจะมีความรู้เชิงความหมายที่เกิดการเรียนรู้บ้าง แต่ว่า ทักษะที่เรียนรู้ผ่านความจำเชิงกระบวนวิธีจะไม่พัฒนาไปถึงระยะอัตโนมัติ
เหตุผลที่เป็นไปได้ของเรื่องนี้ก็คือ คนไข้โรคพิษสุราใช้กลยุทธ์ในการเรียนรู้ที่แย่กว่าคนปกติ
เป็นเรื่องที่ชัดเจนว่า การเสพโคเคนเป็นระยะเวลานานเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่าง ๆ ในสมอง
ผลงานวิจัยแสดงว่า โครงสร้างทางสมองที่เกิดผลโดยตรงกับการเสพโคเคนในระยะยาวก็คือ
มีเลือดไปเลี้ยงสมองต่ำกว่าปกติ (hypoperfusion) ในสมองกลีบหน้า ในเขต periventricular และในเขตเชื่อมต่อกันของสมองกลีบขมับและสมองกลีบข้าง (temporal-parietal) 
ซึ่งล้วนแต่เป็นโครงสร้างที่มีบทบาทในระบบความจำต่าง ๆ
นอกจากนั้นแล้ว โคเคนยังทำให้เกิดผลที่ไม่น่าปรารถนาคือเข้าไปขัดขวางหน่วยรับความรู้สึกประเภท DRD1 dopamine receptor ใน striatum
มีผลให้เกิดระดับโดพามีนที่สูงขึ้นในสมอง 
หน่วยรับความรู้สึกเหล่านี้สำคัญต่อการทำความจำเชิงกระบวนวิธีให้มั่นคง
ระดับโดพามีนที่สูงขึ้นในสมองเนื่องจากการเสพโคเคนจะเหมือนกับที่พบในคนไข้โรคจิตเภท
มีงานวิจัยที่ได้เปรียบเทียบความบกพร่องทางความจำที่เหมือนกันในกรณีทั้งสองเพื่อที่จะทำความเข้าใจเกี่ยวกับเครือข่ายประสาทของความจำเชิงกระบวนวิธี
งานวิจัยหลายงานในหนูพบว่า เมื่อให้โคนเคนระดับ trace (คือมีปริมาณน้อยมาก) กับหนู ก็จะเกิดผลลบต่อระบบความจำเชิงกระบวนวิธี
คือโดยเฉพาะแล้ว หนูจะไม่สามารถทำการเรียนรู้ทักษะการเคลื่อนไหวให้มั่นคง 
งานวิจัยต่อ ๆ มาแสดงว่า การเว้นจากโคเคนมีความสัมพันธ์ต่อสมรรถภาพที่ดีขึ้นในการเรียนรู้ทักษะการเคลื่อนไหวที่สามารถดำรงเสถียรภาพอยู่ได้นาน (วิลเฟร็ดและคณะ) คือผลเสียต่อกายภาพที่เกิดจากการเสพโคเคนสามารถฟื้นตัวขึ้นได้บ้างเมื่อเลิกเสพ
ยาประเภท psychostimulant ทำงานโดยออกฤทธิ์ที่หน่วยรับความรู้สึกของโดพามีน (dopamine receptor) มีผลทำให้เกิดสมาธิที่สูงขึ้นหรือทำให้เกิดความสุข
การใช้ยาประเภท psychostimulant ยังแพร่หลายทั่วไปเพื่อการบำบัดรักษาต่าง ๆ เช่นเพื่อโรคสมาธิสั้น
นอกจากนั้นแล้ว ยังมีการใช้ยาประเภทนี้บ่อยครั้งเพิ่มขึ้นอีกด้วยในปัจจุบันในกลุ่มชนต่าง ๆ เช่นเด็กนักเรียนมหาวิทยาลัย (ในประเทศสหรัฐอเมริกา) เพื่อให้สามารถเรียนได้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
หรืออาจใช้เสพเพราะทำให้เกิดความสุขซึ่งเป็นผลข้างเคียงของยา
ผลงานวิจัยแสดงว่า เมื่อไม่ได้ใช้โดยวิธีที่ไม่ควร ยาประเภทนี้ช่วยในการเรียนรู้เชิงกระบวนวิธี
คือแสดงว่า ยาเช่น d-amphetamine ช่วยลดเวลาการตอบสนอง
และเพิ่มระดับการเรียนรู้เชิงกระบวนวิธีเมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม
และกับกลุ่มที่ให้ยาระงับอาการทางจิต เช่น haloperidol ทดสอบโดยงานเกี่ยวกับการเรียนรู้เชิงกระบวนวิธีต่าง ๆ 
แม้ว่าความจำเชิงกระบวนวิธีจะดีขึ้นในกลุ่มที่ให้ยาประเภท psychostimulant ในระดับ trace (คือน้อยมาก)
นักวิจัยจำนวนมากก็ยังพบว่า ความจำประเภทนี้จะเกิดปัญหาเมื่อใช้ยาผิด ๆ 
ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ให้ไอเดียว่า สำหรับการเรียนรู้เชิงกระบวนวิธีในระดับที่ดีสุด ระดับของโดพามีนจะต้องมีความสมดุล
มีความชัดเจนว่า การฝึกซ้อมเป็นกระบวนการที่สำคัญในการเรียนรู้ทักษะและการทำทักษะให้สมบูรณ์
โดยผลงานวิจัยที่มีมากว่า 40 ปีแล้ว เป็นเรื่องที่ชัดเจนในทั้งมนุษย์และสัตว์ว่า การสร้างความจำทุกประเภทเกิดการเพิ่มสมรรถภาพเพราะเหตุสภาวะในสมองที่มีในช่วงนอนหลับ
นอกจากนั้นแล้ว มีหลักฐานแสดงอย่างสม่ำเสมอในมนุษย์ว่า การนอนช่วยกระบวนการสร้างความจำเชิงกระบวนวิธี
เพราะเหตุของกระบวนการทำความจำให้มั่นคง (consolidation)
โดยเฉพาะเมื่อมีการนอนหลับทันทีหลังจากระยะแรกของการสร้างความจำ (คือการเรียนรู้)
การทำความจำให้มั่นคงเป็นกระบวนการที่เปลี่ยนความจำใหม่ ๆ จากสภาพที่ยังเปราะบางไปเป็นสภาพที่ทนทานมีเสถียรภาพยิ่งขึ้น
ก่อนหน้านี้ เชื่อกันมานานว่า การทำความจำเชิงกระบวนวิธีให้มั่นคงเกิดขึ้นเพียงแค่เพราะเหตุแห่งกาลเวลา 
แต่งานวิจัยเร็ว ๆ นี้เช่นในปี ค.ศ. 2002 แสดงว่า มีการเรียนรู้บางแบบที่กระบวนการทำความจำให้มั่นคงเกิดการเพิ่มสมรรถนะขึ้นเฉพาะในเวลานอนหลับเท่านั้น 
แต่ว่า สำคัญที่จะสังเกตว่า ไม่ใช่การนอนหลับอย่างไรก็ได้ที่เพียงพอที่จะทำความจำนี้ให้ดี ที่จะทำประสิทธิภาพของทักษะเมื่อรับการทดสอบภายหลังให้ดีขึ้น
และจริง ๆ แล้ว ในประเด็นเรื่องทักษะการเคลื่อนไหว มีหลักฐานที่แสดงว่า ไม่ปรากฏสมรรถภาพที่ดีขึ้น เมื่อการนอนเป็นแบบสั้น ๆ แบบ non-rapid eye movement (NREM ระยะ 2-4) เช่นการงีบหลับ
ส่วนการนอนหลับประเภท REM sleep ที่ติดตามระยะ slow-wave sleep (SWS คือระยะ 3-4 ซึ่งเป็นการหลับแบบ NREM ที่ลึกที่สุด)
พบว่าดีที่สุดในการเพิ่มสมรรถภาพของความจำเชิงกระบวนวิธี
โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามีในทันทีหลังจากการเรียนรู้ทักษะเบื้องต้น
คือโดยสรุปแล้ว การนอนเต็มที่โดยไม่ขาดตอนทันทีหลังจากที่เรียนรู้ทักษะใหม่ จะทำให้เกิดการทำความจำให้มั่นคงที่ดีที่สุด
นอกจากนั้นแล้ว ถ้าการนอนแบบ REM sleep เกิดการขาดตอน ความจำเชิงกระบวนวิธีจะไม่ดีขึ้น 
แต่ว่า สมรรถภาพที่ดีขึ้นย่อมเกิดขึ้นถ้านอนหลังการฝึกไม่ว่าจะเป็นกลางคืนหรือกลางวัน ตราบเท่าที่มี SWS ติดตาม REM sleep
และก็พบด้วยว่าสมรรถภาพที่เพิ่มขึ้นของความจำมีความเฉพาะเจาะจงต่อสิ่งเร้าที่ได้เรียนรู้
(เช่น การเรียนรู้วิธีวิ่งจะไม่มีผลเป็นการขี่จักรยานที่ดีขึ้น) 
สมรรถภาพในการทำงาน Wff ’n Proof Task,
หอคอยแห่งฮานอย,
และการวาดรูปโดยมองเงากระจก (Mirror Tracing Task) 
ล้วนแต่เกิดดีขึ้นหลังจากการนอนแบบ REM sleep
ไม่ว่าทักษะจะเรียนโดยจงใจ (คือด้วยความใส่ใจ มีจิตสำนึก) หรือว่าจะเรียนโดยปริยาย ทั้งสองล้วนมีผลที่เกิดจากการทำความจำให้มั่นคงในภายหลัง
คือผลงานวิจัยบอกเป็นนัยว่า ความสำนึกที่เป็นไปโดยชัดแจ้งและความเข้าใจถึงทักษะที่กำลังเรียนจะเพิ่มสมรรถภาพของการทำความจำเชิงกระบวนวิธีให้มั่นคงในช่วงที่หลับ 
ผลนี้ไม่ค่อยน่าแปลกใจ เพราะว่าเป็นเรื่องที่ยอมรับกันโดยทั่วไปแล้วว่า ความตั้งใจ (intention) และความสำนึก (awareness) ในช่วงระหว่างการเรียนเพิ่มสมรรถภาพความจำเกือบทุกประเภท
นักวิจัยที่ Dalhousie University พบในปี ค.ศ. 2010 ว่า
ภาษาพูดที่ใช้คำช่วยหรือคำเติมหลัง (หรือปัจจัย เช่นภาษาบาลี) ไม่ได้ใช้ลำดับของคำเพื่อจะอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างคำประธานและผู้ถูกกระทำ ต้องอาศัยความจำเชิงกระบวนวิธี
ส่วนภาษาที่ใช้ลำดับของคำต้องอาศัยความจำระยะสั้นเพื่อทำกิจเดียวกัน