从生理角度看，睡眠过程中，大脑会对白天获取的信息进行整理和巩固。当失眠发生时，大脑中神经递质的平衡被打破。例如，乙酰胆碱这种对记忆和认知功能至关重要的神经递质，其正常的分泌和调节机制在失眠状态下会出现紊乱。这会干扰大脑神经元之间的信号传递，使得记忆信息的编码和存储过程受到影响。

大脑中的海马体是记忆形成的关键区域。在正常睡眠时，海马体与大脑皮层之间会进行信息交流，强化记忆痕迹。而失眠时，海马体的活动受到抑制。就像一个高效的文件归档系统出现故障，新的记忆信息无法被准确分类和保存，导致记忆减退。 从心理层面讲，失眠往往伴随着焦虑、压力等情绪。

这些负面情绪会占用大脑的认知资源。当我们把大量的精力都用于担忧失眠的后果或者其他压力事件时，用于记忆的注意力就会减少。比如，一个失眠的学生在课堂上，可能会因为头天晚上没睡好而一直想着如何才能睡个好觉，而不能专注于老师讲解的知识，自然就很难将知识很好地记忆下来。

短期失眠，可能会造成工作记忆能力下降。工作记忆如同电脑的内存，暂时存储和处理正在使用的信息。失眠后的大脑，就像内存出现故障的电脑，在处理简单的信息任务，如记住电话号码、回忆刚刚的对话内容时，效率变低。 长期失眠的危害则更严重。它会使大脑长期处于应激状态，导致大脑细胞的代谢异常。

大脑神经细胞可能会因为长期缺乏良好的睡眠环境而功能衰退，进而造成大脑的萎缩。这就好比一片肥沃的土地，因为长期没有得到良好的休养生息，土壤肥力下降，植被（神经细胞）也开始枯萎。记忆相关的脑区受损，记忆减退的情况会越发明显。例如，长期失眠的老人，其记忆力下降的速度会比睡眠良好的同龄人更快。