猫大脑的功能可以和一个2至3岁的孩子相比，和狗比较下，一只猫的短期记忆比狗要强200多倍。不经过强化和训练，狗的短期记忆能维持大约5分钟，而猫的短期记忆则能持续16小时，不过是仅仅对于能为它带来好处的事能记忆这么久，相对于狗虽然它在训练方面会比较棘手，但它确实拥有长期记忆。

猫的大脑，虽然比人类的小，但麻雀虽小五脏俱全。和正常的人脑一样具有额叶，颞叶，枕叶和顶叶。它的大脑也由白质和灰质组成。相同的五种感觉将信息发送给它的大脑。猫如何记住事物的最接受的理论被称为神经组合理论。猫在它脑中的神经元之间有联系。每个神经元存储一部分记忆，当神经元的正确组合被激活时，猫会回想起一个记忆。