Mã hóa ngữ nghĩa là quá trình xử lý thông tin dựa trên ý nghĩa của nó. Thay vì tập trung vào âm thanh hoặc hình thức của từ, người học chú ý đến ý nghĩa mà từ đó biểu thị và mối liên hệ của nó với kiến ​​thức hiện có.

Craik và Tulving đã chỉ ra rằng những từ được xử lý theo nghĩa sẽ được ghi nhớ tốt hơn nhiều so với những từ được xử lý theo hình thức hoặc âm thanh. Việc đặt câu hỏi liệu một từ có phù hợp với một câu cụ thể hay không, hoặc liệu nó có phải là một loại động vật hay không, buộc quá trình mã hóa ngữ nghĩa phải diễn ra và tạo ra những dấu vết trí nhớ bền vững. Ưu điểm này xuất phát từ việc xử lý có ý nghĩa tạo ra nhiều con đường truy xuất và tích hợp thông tin mới vào một cấu trúc kiến ​​thức có tổ chức.

Mã hóa ngữ nghĩa đòi hỏi nhiều nỗ lực và cần được trau chuốt – tạo ra ví dụ, hình dung hoặc liên hệ tài liệu với kinh nghiệm cá nhân. Đây là hình thức mã hóa quan trọng nhất giúp ghi nhớ lâu dài kiến ​​thức thực tế và khái niệm. Việc lặp lại máy móc mà không chú ý đến ý nghĩa sẽ tạo ra những ký ức yếu hơn, dễ bị quên hơn.

Khi trọng tâm là ý nghĩa của một điều gì đó chứ không phải hình thức hay âm thanh của nó, thì mã hóa mang tính ngữ nghĩa.