Η σημασιολογική κωδικοποίηση είναι η επεξεργασία πληροφοριών σύμφωνα με τη σημασία τους. Αντί να εστιάζει στον ήχο ή την εμφάνιση μιας λέξης, ο μαθητής δίνει προσοχή στο τι σημαίνει η λέξη και στο πώς σχετίζεται με την υπάρχουσα γνώση.

Οι Craik και Tulving έδειξαν ότι οι λέξεις που έχουν υποστεί επεξεργασία για νόημα θυμούνται πολύ καλύτερα από τις λέξεις που έχουν υποστεί επεξεργασία για εμφάνιση ή ήχο. Το ερώτημα αν μια λέξη ταιριάζει σε μια συγκεκριμένη πρόταση ή αν είναι ένα είδος ζώου επιβάλλει τη σημασιολογική κωδικοποίηση και παράγει ανθεκτικά ίχνη μνήμης. Το πλεονέκτημα προκύπτει επειδή η ουσιαστική επεξεργασία δημιουργεί πολλαπλές διαδρομές ανάκτησης και ενσωματώνει το νέο στοιχείο σε μια οργανωμένη δομή γνώσης.

Η σημασιολογική κωδικοποίηση είναι επίπονη και επωφελείται από την επεξεργασία — τη δημιουργία παραδειγμάτων, τη δημιουργία εικόνων ή τη συσχέτιση του υλικού με προσωπική εμπειρία. Είναι η μορφή κωδικοποίησης που ευθύνεται περισσότερο για τη μακροπρόθεσμη διατήρηση της πραγματικής και εννοιολογικής γνώσης. Η μηχανική επανάληψη χωρίς προσοχή στο νόημα παράγει πιο αδύναμες, πιο εύθραυστες μνήμες.

Όταν η εστίαση είναι στο τι σημαίνει κάτι και όχι στο πώς φαίνεται ή ακούγεται, η κωδικοποίηση είναι σημασιολογική.