Man benytter ulike tilnærminger i hukommelsesforskningen. Innen eksperimentell forskning blir forsøkspersoner med normal hukommelse gitt ulike typer informasjon, og det blir gjort nøyaktige målinger av deres evner, som regel ved hjelp av datamaskiner. Moderne visualiseringsteknologi som positronemisjonstomografi og fMRI blir også i stor grad benyttet til å undersøke det biologiske grunnlaget for hukommelse i hjernen. Også kasusstudier hvor en utfører omfattende undersøkelser av folk med enten eksepsjonelt god hukommelse eller folk med svekket hukommelse (f.eks. amnesipasienter) har gitt viktige innsikter. Tilfellet HM som utviklet nærmest total anterograd amnesi etter bilateral fjerning av mediale tinninglapper i et forsøk på å behandle hans intraktable epilepsi, er et av de mest kjente enkeltkasus i nevropsykologiens historie.