Роль глии в механизмах памяти рассматривается в контексте её роли в модификации синапсов, актуализации и возникновения новых связей между нейронами. Все этапы формирования, удержания и воспроизведения следа памяти включают биохимические изменения в нейронах и глиальных клетках, в первую очередь – сателлитных. Исключительная роль при этом отводится нейроспецифическим белкам, в частности белку S-100, который мигрирует в нейрон из глии и влияет на синтез РНК и пластические модификации в синаптических мембранах. Как уже указывалось, нейроглиальные клетки принимают активное участие транспорте многих нейромедиаторов в системе глия-нейрон, в частности, глутамата, роль которого в регуляции длительности сохранения следа памяти не подвергается сомнениям. Согласно гипотезе А.И.Ройтбака образование и укрепления временных связей сопровождается усилением миелинизации центральных аксонов и изменениями топографических взаимоотношений нейронов и ближайших нейроглиальных клеток. С продуцированием глионами специфических нейропептидов связано также превращение «потенциальных» синапсов в эффективнные, что многими авторами рассматривается как важнейший этап формирования следов памяти.