短期记忆，也称为工作记忆，主要依赖于大脑的前额叶皮层以及海马区。这两个区域在处理和储存短期信息中起着关键作用。
前额叶皮层是大脑中最复杂的部分之一，它负责许多高级功能，包括决策制定、计划、社会行为控制等。在短期记忆方面，前额叶皮层主要参与了对信息的主动维持与操作过程，比如当我们尝试记住一个电话号码时，正是这个区域在发挥作用。
海马区则位于大脑颞叶内侧，是形成新记忆的重要结构之一。尽管它更常被提及在长期记忆中所扮演的角色，但研究显示，在短期记忆尤其是空间和情景信息的短暂存储过程中，海马区同样发挥着重要作用。
此外，其他一些脑区如顶叶皮质、丘脑等也可能参与了短期记忆的不同方面。不过总体来说，前额叶皮层与海马区是当前科学界认为对短期记忆最为关键的两个区域。
