Υπάρχουν πολλές θεωρίες που προτείνουν μια σύνδεση μεταξύ καφεΐνης και μνήμης. Έχει αποδειχθεί ότι η καφεΐνη έχει όντως επίδραση στη βραχυπρόθεσμη μνήμη, λόγω της προσωρινής αύξησης της συγκέντρωσης που προωθεί. Προκαταρκτικές μελέτες σε ζώα έχουν δείξει ότι η τακτική κατανάλωση καφεΐνης μπορεί επίσης να έχει μακροπρόθεσμη επίδραση στη μνήμη των ατόμων με Αλτσχάιμερ.
Η καφεΐνη έχει άμεση επίδραση στη λειτουργία του εγκεφάλου. Διεγείρει περιοχές του εγκεφάλου που καλύπτουν τη βραχυπρόθεσμη μνήμη και την προσοχή. Η καφεΐνη αναγκάζει τα αιμοφόρα αγγεία του εγκεφάλου να συστέλλονται και να τονώνει το μεταβολισμό. Αυτό στέλνει ενέργεια στον εγκέφαλο, αν και μειώνει επίσης την ποσότητα του οξυγόνου που ταξιδεύει στην καρδιά. Αυξάνει την εγκεφαλική δραστηριότητα στον μετωπιαίο λοβό, τη θέση της μνήμης και τον πρόσθιο δακτύλιο που είναι υπεύθυνος για την προσοχή.
Η πιο εδραιωμένη σχέση μεταξύ καφεΐνης και μνήμης είναι η προσωρινή ώθηση που δίνει στη βραχυπρόθεσμη μνήμη. Οι νευρώνες στον εγκέφαλο λειτουργούν πιο γρήγορα όταν επηρεάζονται από την καφεΐνη, αυτό προκαλεί μια αλυσιδωτή αντίδραση που οδηγεί σε πνευματική εγρήγορση. Μια ώθηση από το διεγερτικό καφεΐνης επιτρέπει καλύτερη συγκέντρωση και, κατά συνέπεια, καλύτερη ανάκληση πληροφοριών.
Η ευεργετική σύνδεση μεταξύ καφεΐνης και μνήμης διαρκεί περίπου τρεις έως πέντε ώρες. Η επίδραση του μεγαλύτερου όγκου πληροφοριών που διατηρούνται κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου μπορεί να έχει μακροπρόθεσμο αποτέλεσμα. Εκτός από την ενίσχυση των αισθήσεων, η καφεΐνη έχει βοηθήσει τους ανθρώπους να επιτύχουν υψηλότερες βαθμολογίες σε τεστ και να λαμβάνουν καλύτερες αποφάσεις σε στρεσογόνες καταστάσεις λόγω της καλύτερης διατήρησης σημαντικών λεπτομερειών.
Η καφεΐνη ενισχύει επίσης την ντοπαμίνη, μια χημική ουσία που συνδέεται με τα αισθήματα ευεξίας. Η θετική κατάσταση του νου μειώνει το άγχος και επιτρέπει στο σώμα να χαλαρώσει, βελτιώνοντας έτσι τη συνολική λειτουργία οργάνων όπως ο εγκέφαλος. Αυτό το αποτέλεσμα είναι πιο βαθύ για χρήστες πιο ελαφριάς καφεΐνης.
Έχουν γίνει αρκετές μελέτες σε ζώα σχετικά με τη σύνδεση μεταξύ καφεΐνης και μνήμης σε ασθενείς με Αλτσχάιμερ. Αυτές οι μελέτες αποκάλυψαν ότι η τακτική πρόσληψη καφεΐνης για παρατεταμένο χρονικό διάστημα θα μπορούσε να βοηθήσει στην πρόληψη του νευρικού εκφυλισμού. Πρότειναν ότι η καφεΐνη θα μπορούσε να έχει προληπτική επίδραση στην επιδείνωση της μνήμης.
Σε αυτές τις μελέτες η σύνδεση μεταξύ της καφεΐνης και της μνήμης ήταν αυτή της διατήρησης παρά της ενίσχυσης της λειτουργίας του εγκεφάλου. Τα οφέλη της μνήμης που βρέθηκαν σε αυτές τις μελέτες συνδέθηκαν με μέτρια, τακτική χρήση καφεΐνης – που ισοδυναμεί με τέσσερις μερίδες την ημέρα για τον άνθρωπο. Η κατανάλωση καφεΐνης προστατεύει από την παχυντική δράση των νευρώνων της χοληστερόλης και την έναρξη της νόσου του Πάρκινσον και του Αλτσχάιμερ σε πειραματόζωα.