L'encodage sémantique consiste à traiter l'information en fonction de sa signification. Plutôt que de se concentrer sur le son ou l'apparence d'un mot, l'apprenant s'intéresse à ce que le mot signifie et à la façon dont il se rapporte aux connaissances existantes.

Craik et Tulving ont démontré que les mots traités pour leur signification sont bien mieux mémorisés que ceux traités pour leur apparence ou leur sonorité. Se demander si un mot convient à une phrase précise ou s'il désigne un animal favorise l'encodage sémantique et laisse des traces mnésiques durables. Cet avantage provient du fait que le traitement sémantique crée de multiples voies de récupération et intègre le nouvel élément dans une structure de connaissances organisée.

L'encodage sémantique est un processus exigeant qui bénéficie d'un travail d'élaboration : générer des exemples, se représenter les concepts ou les relier à une expérience personnelle. C'est la forme d'encodage qui contribue le plus à la mémorisation à long terme des connaissances factuelles et conceptuelles. La répétition mécanique, sans attention portée au sens, produit des souvenirs plus faibles et plus fragiles.

Lorsque l'accent est mis sur la signification d'une chose plutôt que sur son apparence ou son son, l'encodage est sémantique.