Медленный сон
При засыпании альфа-ритмы – мозговые волны, характерные для взрослого, находящегося в бодром состоянии с закрытыми глазами, - плавно сменяются медленными волнами. По мере углубления сна постепенно замедляется частота мозговых волн и увеличивается их амплитуда. Достижение глубокого сна занимает 30-45 минут, после чего процесс оборачивается вспять, занимая 30-45 минут для возвращения в стадию лёгкого сна. В течение этой фазы постуральные мышцы сохраняют тонус, а скорость сердцебиения и дыхания замедляется незначительно.
Быстрый сон
Во время этой фазы сна электроэнцефалограмма (ЭЭГ) показывает график (паттерн) мозговых волн, сходный с состоянием бодрствования. В течение этой фазы глаза под закрытыми веками быстро перемещаются. Постуральные мышцы полностью теряют тонус, но мышцы конечностей и лица дёргаются в такт движениям глаз. Дыхание, сердцебиение и кровяное давление подвержены нерегулярным изменениям. Во время быстрого сна у мужчин возникает эрекция, даже у тех, кто не может достичь эрекции в нормальных условиях вследствие нервного расстройства. Если человека разбудить в этой стадии, он говорит о том, что видел сон.
В течение 7-8 часового ночного сна мозг проходит циклы глубокого сна, длящиеся в среднем от 30 до 90 минут, за которыми следуют 10-15 минутные эпизоды быстрого сна. К концу ночи, если человека не тревожить, продолжительность медленного сна уменьшается, а количество эпизодов быстрого сна увеличивается.