PTSD核心特征是创伤和负性情绪体验。这些记忆常不受意愿控制地与大量的社会、职业功能失调相关联。被创伤个体中有两类典型的记忆困扰:闯入性记忆和耗竭的记忆功能。闯入性记忆伴随着高水平的警觉性增高、再次体验创伤时的各种的感觉形式或行为反应。总体来说，这些记忆由反映创伤事件某方面特征的情境自动激发。记忆功能可以分为陈述性记忆(显性)和非陈述性(内隐)记忆过程。陈述性记忆指有意识地记得或再现事件或事实的能力。非陈述性记忆(或称为程序性记忆)是指对一个事件的非意识记忆的情绪和行为知识，包括学习技术、启动和条件反射。在PTSD患者中，非陈述性记忆进程可能自动加工了关于创伤事件的信息。博士学位论文第一章前言认知实验研究支持PTSD患者与创伤相关的信息自动加工受到干扰的观念。几个包括越战退伍军人、强奸受害者、车祸幸存者的研究确定，与没有PTSD的创伤者相比，PTSD者存在与创伤相关材料的注意偏好和选择性处理。总之，这些研究支持PTSD者表现出对创伤相关信息的自动干扰，与同样经历创伤但无PTSD者相比，对创伤相关材料也有更多的干扰。
在应激对大脑结构影响的研究中发现，调制记忆可以成为PTSD记忆纷扰的模型。下丘脑一垂体-肾上腺轴 (皮质醇)和去甲肾上腺素(noradrenergic)系统是在应激调节中起重要作用的激素互动系统。皮质醇和(去甲)肾上腺素在海马，杏仁核，前额叶皮质和其它脑区影响着记忆功能。肾上腺有短时间强化记忆痕迹的效果，而皮质醇有更长效的阻止记忆痕迹消退的效果。
在过去十多年中，神经影像学的巨大进步为我们理解PTSD的病理生理机制做出了重大贡献，神经影像学的研究显示PTSD者的大脑结构和功能有着显著改变。这些研究不仅有助于求证人类对创伤的反应的神经生物学假说，还有助于我们理解发展成PTSD的创伤受害者的广泛改变。
神经影像学的脑结构研究主要集中在海马、内侧前额叶皮质(包括前扣带回)等脑结构。然而，结果并不一致，有体积显著减少或增加的报告，也有体积不变的。
虽然这些发现显示脑区体积的改变，但大多数的发现是基于手动描记选择兴趣区的方法 测量。由于需事先人为画出要研究的脑结构范围，因此可能会漏掉其它重要的脑区，而且外部体积的测量也很难反应脑实质的内部变化。近年来，全自动的基于体素的形态学测量技术使得对大脑直接的测量成为可能，既保留了Rols的优势，又弥补了上述不足，但相关研究极为有限。与大量的脑皮质体积的研究不同，迄今为数不多的研究己提示脑灰质密度的异常。结构性影像学研究的进展已可验证PTSD与异常灰质之间关联的假设，陆续有研究报告PTSD者在海马、前扣带回、脑岛呈现灰质密度异常。
目前的功能性神经影像的研究发现多个脑区与PTSD有关，包括前额叶、颖叶、顶叶、枕叶、小脑等。PTSD中创伤及情绪相关记忆材料回忆选择性增强的同时，一般性回忆不足的模式也许与PTSD者神经环路的变化有关。例如有假设认为内侧前额叶皮质的功能异常是杏仁核抑制功能丧失的结果，代表着由杏仁核调制的与恐惧反应无法抑制相关神经。前额叶皮质功能异常也许可以解释PTSD患者工作记忆和无关刺激抑制的不足。而其它脑区，颖叶、顶叶、枕叶和小脑在与这些区域有功能连接的同时，也可能在PTSD环路中扮演重要角色。这些功能性研究发现提示除了海马、内侧前额叶皮质以外，还有大量与PTSD有关脑区的结构有待探索。
然而，以上研究大多为战争、灾害、交通事故等创伤性事件相关的PTSD，且样本大多为男性，有关女性的PTSD及性侵害PTSD的神经影像学研究十分有限。在为数不多的女性性侵害PTSD的神经影像学研究中，不同创伤PTSD样本也有不同的脑区结构或功能异常的发现。Brerrlner对有童年性虐待PTSD的女性进行了的MRI研究发现，PTSD组海马体积小于有童年性虐待但无PTSD者及正常健康对照阅;在PET研究中，在创伤相关词对的检索中，与正常对照相比，PTSD组在眶额叶、前扣带、内侧前额叶、左海马、棱状回和颖下回的血流下降，在后扣带回、左顶下小叶、左额中回、视联合攻和运动皮层的血流增加;在中性词的检索中没有区别。在Bremner等人的另一个PET研究中，在情绪stroop任务下，有PTSD的性虐待受害者前扣带血流相对下降，在颜色stroop任务时，与PTSD组相比，无PTSD的性虐待受害者在右视联合皮质、契叶和右顶下小叶血流相对增加。提示有PTSD的性虐待受害者相关脑区的功能异常。
Notestine等在伴侣暴力PTSD的MRI研究中发现，有PTSD的伴侣暴力受害者与无PTSD的伴侣暴力受害者相比，没有发现海马或其它颖中回脑区体积的缩小，与正常健康对照相比，有额叶和枕叶灰质体积的下降侧。在PTSD组和对照组者是性虐御性侵害受害者、机动车事故幸存者混编样本的研究中发现，创伤相关描述的语音刺激唤起模式下，发现丘脑、前扣带和额内侧回激不足四，在听悲伤、焦虑和创伤性的描述时，PTSD组的丘脑和前扣带较创伤暴露组明显激活不足;Lanius等在创伤描述刺激的fMRI研究中，有PTSD组及有创伤无PTSD者，比较两组在前扣带回的连接图，PTSD者在右后扣带回、右尾状核，右顶叶，右枕叶，右额下回，右颖中回，左脑岛，比Non-PTSD者有着更多的连接;在左额上回、左前扣带回、左顶叶、左脑岛等脑区，无PTSD者比有PTSD者有更多的联系。
在研究组是源于长期的性、躯体和情感虐待受害者伴PTSD，对照组是性虐待或性侵害受害者、机动车事故幸存者混编的研究中，创伤相关描述的语音刺激唤起模式下，Lanins等人在有解离症状的PTSD患者中发现，与正常对照相比，包括右颖上回、右脑岛、楔叶在内的多个脑区与左丘脑腹外侧的活动共变。
New等人在性创伤后有PTSD和无PTSD的样本研究中发现，在努力向下调节对负性图片的情绪反应时，正常健康对照组较有或无PTSD的性创伤者在前额叶有更多激活，而在努力向上调节对负性图片的情绪反应时，无PTSD的性创伤者的前额叶较正常健康对照和PTSD者有更多的激活。提示创伤暴露可以损伤了大脑对对负性情绪反应的调节功能。
总之，在为数不多的以女性性侵害创伤受害者为样本的PTSD神经影像学研究中，大多数是多种创伤混杂的，如性虐待或性侵害受害者、机动车事故幸存者混编女性强奸受害者掺杂在其它创伤受害者样本中的，样本的非同质性影响了研究结果的效度。在个别同质性比例较高的性侵害PTSD脑结构或功能的研究中，仅见以伴侣暴力受害者和性虐待受害者为样本的，未见以女性强奸受害者为同质性样本的神经影像学研究。被强奸所致PTSD者大脑结构、功能有何异常?结构异常与功能异常之间有无关联?至今还是个未解之谜。
