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既然如上所述，成功的前瞻记忆包括多个阶段的加工过程，那么，这一加工过程的特点、实质、规律和影响因素是什么？这即是前瞻记忆的心理机制问题，它是前瞻记忆研究要解决的基本问题。十多年来，研究者们在实验室实验的基础上，先后提出了几个前瞻记忆心理机制的模型。
1.基于事件的前瞻记忆的理论模型
（1）简单激活模型
Craik最早提出前瞻记忆的完成是一种自动加工过程（Craik，1986）。Einstein和McDaine在有关研究的基础上，提出了前瞻记忆的简单激活模型（Simple Activation Model）。这一模型认为，被试在面对前瞻记忆任务时，会建立一个“线索—行动”的配对编码，当被试在进行其他活动时，这一编码会一直保存在意识水平之下，当指向目标行动的外部线索出现，或者前瞻记忆任务被内部的意识所激活时，这一配对的编码就回到意识阈限之上，前瞻记忆任务所指向的行为就能够完成。如果激活的水平低，那么编码回到意识阈限之上的可能性也会降低，前瞻记忆任务就不会完成。根据这一模型，前瞻记忆的完成取决于两个因素：一是目标事件出现时，“线索—行动”配对编码被激活的水平；二是目标事件的加工水平，加工水平越高，回到意识阈限之上的可能性越大（Einstein & McDaine，1996）。
这一模型显然受到了认知加工的ACT模型（Anderson，1983）的启发。根据ACT模型，认知活动中的激活会沿认知网络向相关的结点扩散，扩散的路径越多，则相关项目被激活的水平就越低，反之则高。这即是扩散效应。根据这一理论，熟悉的、非特异的刺激扩散路径多，在前瞻记忆中进入意识阈限之上的可能性就低于不熟悉的和特异的刺激。
简单激活模型符合我们在日常生活中一些情况下前瞻记忆完成的情况——前瞻任务的意向（如到超市买饮料）一旦形成后，并不是一直受我们的意识所关注的，在大多数时间内，它保存在意识阈限之下，只有当一定的内外线索出现（如感到口渴、看到桌上空的饮料瓶或经过超市等）时，这一任务才会被激活并得以完成。另外，这一模型也得到了一些实验结果的支持。主要的证据有以下三方面。第一，具有特异目标线索的前瞻记忆优于具有非特异目标线索的前瞻记忆。例如，一项研究发现，在前瞻记忆任务中，要求被试将特定的线索与行动进行配对编码（电脑屏幕上出现“美洲豹”“狮子”“老虎”这三个单词就按键）时，被试的成绩要好于将非特异的线索与行动进行编码（出现所有属于“动物”的名词就按键）。这是因为根据简单激活模型，特异的目标线索能引起“线索—行动”的更高水平的激活。第二，具有不熟悉目标事件的前瞻记忆优于具有熟悉目标事件的前瞻记忆，这是因为不熟悉的目标事件更具特异性，也引起了“线索—行动”编码的更高水平的激活（Einstein，McDaniel，Richardson，Guynn，& Cunfer，1995）。这在Brandimonte和Passolunghi的研究中得到了证实（Brandimonte & Passolunghi，1996）。而McDainel和Einstein的另一项研究同时验证了以上两个结论（McDainel & Einstein，1993）。第三，当前任务的难度不影响前瞻记忆。如Otani等对当前任务的负载（难度）是否影响前瞻记忆成绩进行了实验。在实验中，不同组的被试在完成同样的前瞻记忆任务的同时，还需完成不同难度的当前记忆任务：第一组只学习并记忆屏幕上的单词，第二组除学习并记忆单词外，还要将一直重复一个简单音节“THE”作为额外任务，第三组的额外任务是重复一个三位数字，第四组的额外任务是重复一个六位数字。结果发现，这四组被试的前瞻记忆成绩没有区别。这说明前瞻记忆的意向编码一直是保存在意识阈限之下并能自动激活，并不像回溯记忆一样占用意识中的认知资源（Otani，Landau，Libkuman，Louis，Kazen，& Throne，1997）。
（2）注意+搜索模型
注意+搜索模型（Noticing + Search Model）是由Einstein和McDainel在1996年发表的研究报告中提出的。根据这一模型，在前瞻记忆过程中，与目标事件有关的线索的出现会引起被试的熟悉感、知觉的顺利感或其他内部过程，从而出现对线索的注意。这种注意会引发对记忆的搜索，通过搜索，确定线索的意义，最后做出完成前瞻任务的行为。比如，确定了“要在超市购买一些食品”这一前瞻任务意向的人，在下班回家经过超市时，超市会使他产生“有什么事情与超市联系在一起”的感觉，从而引起了注意（注意过程），然后在记忆中搜索有关计划（搜索过程），确定了“要买一些食品”的任务，最终这一前瞻计划得到了完成。总之，注意+搜索模型认为前瞻记忆分为注意和搜索两个阶段，相对来说，前者以自动提取为主，后者则依赖更多的控制加工（Einstein & McDainel，1996）。
注意+搜索模型同样是得到认知理论启发的结果。Mandler曾分析了在一定情境下记忆提取的过程：在公共汽车上看到一个人，觉得一定在哪里见过他，然后在记忆场景中不断搜索，最终回忆起了这个人的身份（Mandler，1980）。可见，前瞻记忆的注意+搜索模型实际反映了同样的过程，只不过注意与搜索的内容换成了前瞻记忆有关的线索与任务。
注意+搜索模型同样能解释前述特异性、不熟悉的目标线索条件下，前瞻记忆优于非特异、熟悉条件下的现象：在编码阶段，当面对一个不熟悉的项目时，被试对项目认知的组织过程会增加，那么当在前瞻记忆过程中遇到这一项目时，它反而成为熟悉的，或者能引起更多的注意，那么就更容易被从记忆中搜索出来。而特异性本身也可看作是一种不熟悉。
根据注意+搜索模型，前瞻记忆成功完成的关键在于搜索阶段，而这一阶段的控制加工需要占用一定的认知资源，所以同样占用认知资源的当前任务的性质、难度等会影响前瞻记忆的成绩，这种推断和简单激活模型是相反的。当然这一结论也得到了一些研究的证实。如在Einstein等的实验中，增加当前任务要求的被试除了与不增加要求的被试一样完成对单词的评估外，还要监听录音机中播放的数字，并当听到“9”时按下计算器上的键。结果表明，增加要求组的不同年龄被试前瞻记忆成绩都低于不增加组（Einstein，Smith，McDaniel，& Shaw，1997）。Kidder等用对数字的记忆作为当前任务，通过增加数字的长度控制当前任务难度，也发现难度的增加导致了前瞻记忆成绩的降低（Kidder，Park，Hertzog，& Morrell，1997）。Stone等的研究也得出了类似的结论（Stone，Dismukes，& Remington，2001）。
（3）多重加工模型
McDainel和Einstein在2000年提出的多重加工模型（Multinomial Model），实际上是对简单激活模型和注意+搜索模型的综合。根据这一模型，前瞻记忆的提取既需要自动加工，也需要策略加工（注意需求的加工）。当前瞻记忆任务较简单、线索和目标联系密切时，前瞻记忆的完成只需要自动加工即可，这种自动加工涉及注意和记忆系统；而当前瞻记忆任务较复杂或者线索与目标联系不紧密时，在自发的自动加工启动之后，会有对记忆的控制性搜索出现，这即是策略加工。
多重加工模型几乎可以解释所有的基于事件的前瞻记忆的研究结果。比如，如果在实验中向被试强调前瞻记忆任务的重要性，被试的前瞻记忆成绩就会提高，这是因为被试对重要的任务更倾向于使用策略加工，而对不重要的任务倾向于进行自动加工；前瞻记忆任务线索的特异性强，成绩就较好的原因是特异线索下的自动加工不仅使注意力从当前任务转换到前瞻任务，而且能快速地辨别其意义；前瞻任务与当前任务有一定的一致性能提高前瞻成绩，是因为这样的前瞻任务需要更少的策略加工；不同个性特点的个体前瞻记忆的差异，不是由于个性本身引起，而是由于具有某些个性特点（如责任感与强迫较明显）的个体能主动对前瞻记忆任务进行更多的策略加工，而具有相反个性特点的个体策略加工较少（McDainel & Einstein，2000）。总之，从前瞻记忆任务来看，对加工资源的需求越少（如只需进行自动加工），前瞻记忆成绩越好；从被试的认知加工的资源分配来看，认知资源在前瞻任务上分配得越多（如主动进行策略加工），前瞻记忆成绩也越好，反之就较差。
在多重加工模型的基础上，赵晋全和杨治良提出了三加工自动激活模型。这一模型通过引入“准意识”的概念对多重加工模型进行了补充，认为前瞻记忆的完成涉及三种加工，即意识对应的控制加工、准意识对应的策略加工和无意识对应的自动加工。其中，准意识是一种特殊的阈下激活状态，它介于意识和无意识之间，不能通达于意识但又需要一定的注意资源。根据这一模型，意识对应的控制加工负责前瞻记忆的意向和编码的形成；准意识对应的策略加工负责处理处于阈下激活状态的意向，它对目标线索的发现与提取作出判断；而无意识对应的自动加工处理意向编码、储存，并辅助策略加工完成前瞻记忆的提取过程，是一种不需注意资源的非常程序化的加工方式（赵晋全，杨治良，2002）。三加工自动激活模型中准意识概念的提出，为前瞻记忆机制的探索提供了一个新的思路。
（4）多项加工树状模型
Smith和Bayen在预备注意加工和记忆加工理论（PAM）的基础上，提出了基于事件的前瞻记忆的多项加工树状模型（Multinomial Process Tree Model）。根据这一模型，前瞻记忆的成功完成始终需要非自动化的加工，其中前瞻记忆中的前瞻成分受预备注意加工控制，回溯成分则受记忆的控制。其中预备注意在意向形成后就一直存在，并占用一定的认知资源，即使目标刺激没有出现也是如此，而不是像简单激活模型和多重加工模型认为的那样，至少在一定条件下前瞻任务的完成依靠不占用认知资源的自动加工。而回溯成分依赖的记忆加工则能将目标刺激从非目标刺激中分辨出来，所以这一加工也需要占用认知资源。
Smith和Bayen通过建立一个数学模型，即“多项加工树”来说明和验证这一理论。在多项加工树中，列出了被试在完成前瞻任务时所有可能的反应，并认为这些可能的反应中，有些需要准备注意加工，如被试正确地对目标刺激进行反应或没有目标刺激的情况下进行了前瞻反应，有些则需要对是否为目标刺激的辨认，即回溯记忆加工，如被试正确辨别出目标与非目标刺激的所有反应。
Smith和Bayen通过实验数据，测量了准备注意与回溯记忆这两个参数与成功的前瞻记忆任务的关系，证明了两种加工都需要认知资源的占用。在他们的实验中，通过强调前瞻任务或当前任务的重要性来控制准备注意加工，发现在强调前瞻任务的条件下，被试前瞻成绩提高而当前任务的反应时却增加，这是因为被试在预备注意加工上分配了更多认知资源；通过控制意向编码的时间来操纵回溯记忆加工，发现意向编码的水平并不影响当前任务的反应时，说明准备注意加工与回溯记忆加工是两个独立的加工过程（Smith & Bayen，2004）。
以上四种前瞻记忆机制的模型是按提出的时间顺序排列的。这些模型对前瞻记忆机制的解释呈现出越来越重视注意加工参与的趋势：从简单激活模型认为不需要认知资源的参与，到注意+搜索模型和多重加工模型中注意的部分参与，再到多项加工树状模型中注意的始终参与，明显看出这一发展的趋势。所以，前瞻记忆机制有关模型的这一发展轨迹，表明了研究者们对前瞻记忆的机制的探索是一个不断深化、不断接近这一机制本质的过程。
2.基于时间的前瞻记忆的理论模型
基于时间的前瞻记忆不像基于事件的前瞻记忆那样有着具体明确的目标线索，它的目标线索更为抽象（即将来特定的某个时间），更多依赖内部加工过程而不是外部线索，所以它的意向从形成、保持、激活到提取和执行是一个更复杂、更内隐的过程。到目前为止，不考虑“借用”有关认知模型对基于时间前瞻记忆的解释，明确的针对基于时间前瞻记忆的理论模型共有两个，一是Harris和Wilkins提出的TWTE模型，二是Block和Zakay提出的注意闸门模型。
（1）TWTE模型
TWTE（Test-Wait-Test-Exit）即“检查—等待—检查—完成”模型。这一模型认为，在基于时间的前瞻记忆进行过程中，被试会通过“检查”来监视当前的时间，然后再“等待”这一时间点的到来，而“检查—等待”这一环节一般会反复进行，持续到意向执行的时间点，并完成意向任务。Harris和Wilkins以29名女性为被试，通过一个基于时间的前瞻记忆的测试结果来证明这一模型。测试的材料为两个电影片段和每张都写有一个时间的一些A4纸。被试的当前任务为认真观看两个电影片段并准备回答相关问题，前瞻任务为当电影播放到A4纸上所写的时间时，记下正在播放的内容，延迟的时间不超过15秒。结果发现，随着目标时间的临近，被试查看时间的频率也在增加，而一个目标时间过后，查看时间的次数明显减少，从而证明了这一模型的适合性（Harris & Wilkins，1982）。但这一模型只是对基于时间前瞻记忆完成的过程进行描述，并没有涉及其内部心理机制，例如，并没有回答当个体在等待时是否也在进行认知加工、下一次检查是如何被启动的、如何通过检查确定反应的适当时间等关键问题（陈幼贞，黄希庭，袁宏，2010）。
（2）注意闸门模型
注意闸门模型（Attentional-Gate Model，AGM）是在注意模型、信息加工模型和内部时钟模型等认知模型基础上提出的一个结合时间量化和信息加工、执行的模型。Block和Zakay认为这一模型能解释基于时间前瞻记忆的机制（Block & Zakay，2006）。根据注意闸门模型，在信息加工模型的时钟阶段，节拍器（Pacemaker）以相对固定的频率发放脉冲（信号），信号会经过由执行功能所控制的注意闸门（Attentional Gate）。这个闸门的打开受到分配给时间的注意的控制：注意越多，闸门打开越大或打开频率越高，会有更多的时间信息经过。时间信号通过闸门后进入累加器（Accumulator）。累加器储存从时距估计开始至结束通过闸门的信号数量，这些数据随后转入工作记忆中。另外，标准的目标时距表征从长时记忆提取并保持在参照记忆中，进入工作记忆的信号数会与储存在参照记忆的目标时距的表征进行比较，这个认知比较的过程持续进行，直到确定获得了一个接近的匹配才结束。这时，个体会提取先前在长时记忆中编码的意向反应的表征，并作出目标反应。可见，注意闸门模型对基于时间前瞻记忆加工机制的解释主要是侧重其中的时间估计（邹枝玲，黄希庭，2007；陈幼贞，黄希庭，袁宏，2010）。