肌肉记忆是指人体的肌肉具有记忆效应，同一种动作重复多次之后，肌肉就会形成条件反射。肌肉记忆功能就是从感受刺激、神经冲动的发放到肌肉收缩一系列较少大脑意识控制的程序化、自动化活动能力。
肌肉接受来自中枢神经系统的各级控制，肌肉膜的动作电位遵循“全”或“无”的规律，神经冲动阈值达到引起动作电位的限度，肌肉纤维就会作出最大的反应，不过其收缩速度、力量要受到注入氧供应、肌纤维类型、温度等因素的制约。肌肉记忆由大脑皮层启动开始，已经掌握的动作基本上由肌肉本身各种感受器接受诸如关节位置、肌肉长度和张力等活动情况信息，并马上按照已形成的“惯性”程序启动脊髓中间神经元或直接到a或y移动神经元，由它们产生一定的冲动，引起一系列肌肉运动以完成已掌握的动作。这一过程是在脊髓层次上独立完成的，他们形成一个特定的环路，对猫的脊髓作慢性横断切除，还能重新出现必要的和基本的步伐节奏特点，同时也能调节四肢的步态，这说明运动结构是在脊髓内产生的，大脑皮层很少参加控制，这样“皮质可以保护其本身免于受到不必要刺激的干扰。
基本上，人体的各个部分都有记忆，人的记忆，尤其对理论知识的记忆，功能在大脑皮层。然而，人在体育运动中的记忆，有自身的特殊性，并非完全在大脑皮层。体育运动既需要大脑皮层运动中枢的作用，还有肢体肌肉运动的参与配合。体育运动的动作掌握方式，与一般知识的掌握有所不同：除了大脑有记忆功能，肌肉本身也具有一定记忆功能。
