تشير الذاكرة الشمية إلى عملية إعادة تجميع الروائح. وجدت الدراسات امتلاك أشكال الذاكرة الشائعة العديد من السمات المتعلقة بتذكر الرائحة بما في ذلك درجة ثبات الرائحة والمقاومة الكبيرة لتداخل الروائح. تركز أبحاث الذاكرة الشمية نموذجيًا على شكل الذاكرة الصريحة، على الرغم من الدور المؤكد لأشكال الذاكرة الضمنية في توفير المساهمات التمييزية التي تسمح بفهم الروائح وذكرياتها. تشير الأبحاث إلى أن التغيرات الحاصلة في البصلة الشمية والجهاز الشمي الرئيسي بعد الولادة شديدة الأهمية وذات تأثيرات معتبرة على سلوكيات الأم. تلعب الإشارات الشمية لدى الثدييات دورًا هامًا في توثيق الرابط بين الأم ورضيعها، إلى جانب تأثيرها على التطور الطبيعي اللاحق للنسل. يمتلك ثديا الأم رائحة مميزة فردية، ما يشكل الأساس لقدرة الطفل على تمييز أمه.
على مر التاريخ التطوري، لعب الشم العديد من الأدوار المتعلقة ببقاء الأنواع، مثل تطوير التواصل. ما تزال هذه الجوانب من آليات البقاء والتواصل وظيفية في يومنا هذا، إذ يشمل ذلك الإنسان وغيره من الحيوانات. تشير بعض الدلائل أيضًا إلى تطور حالات عجز في الذاكرة الشمية لدى الأفراد المصابين بأمراض تنكس الدماغ مثل مرض آلزهايمر والخرف. يعاني هؤلاء الأفراد من فقدان متزايد في القدرة على تمييز الروائح مع تفاقم حالتهم المرضية. تظهر أبحاث أخرى إمكانية اعتبار حالات العجز في الذاكرة الشمية الأساس المساهم في تطوير أنواع محددة من الاضطرابات النفسية مثل الاكتئاب، إذ يمتلك كل اضطراب نفسي نمطًا مميزًا من حالات العجز الشمي.