ヒトを含む高等脊椎動物において、偏桃体は情動的な出来事に関連付けらる記憶の形成と貯蔵における主要な役割を担う。恐怖条件付けの際、感覚情報は偏桃体の基底外側複合体、特に学則核へと送られ、そこでの刺激の記憶と関連付けられる。刺激と予測される嫌悪的な出来事との連合は、持続的な興奮性シナプス後電位によりシナプス応答性を上げる長期増強を介して行われる。

外側核のシナプス応答に刷り込まれている情動的経験の記憶が、偏桃体の中心核との接続を介して恐怖行動を引き起こす。中心核は、硬直や呼吸と脈拍の増加、ストレスホルモンの放出などの多くの恐怖行動の産出に関係している。偏桃体の損傷は情動的応答の古典的条件付けの一種である故由布条件付けの、獲得と発言の両方に障害を起こす。

偏桃体は制の条件付けにも関連している。直感的には正の刺激と負の刺激には、異なる神経細胞が応答しているように見える。しかし実際には、このような異なる神経細胞の集団が明確な解剖学的核を形成しているわけではない。偏桃体の異なる核は正の条件付けにおいて異なる機能を担っている。