睡觉的时候身体发生了什么？
直到20世纪50年代末，主流意见还认为睡眠无非是一种闲置的状态。然而，记录大脑中神经细胞的波动与脑电的脑电波表示，大脑在睡眠中依然活跃，睡眠包括可辨认的几个步骤在夜里循环发生。
在入睡后30～45分钟便可进入短波睡眠，此时脑电波频率短。在这第1至第4阶段的短波睡眠中，脑电波记录的脑波频率逐渐降低，电压逐步升高。
在短波睡眠中肌肉得以放松，但睡眠者有规律性地变换姿势。心率与血压降低，第4阶段的睡眠最深，也最难以被吵醒。从第4阶段苏醒的人会感觉身体不适而迷糊。
入眠后90分钟，睡眠者逐步从第4阶段的短波睡眠循环回到第1阶段，脑电波图案会意外变化。脑电波记录的低压与高频的脑波，与清醒时脑波状态相似，此时为快速转眼或REM睡眠。如果此时被唤醒，大多数睡眠者能想起梦中场景。从短波睡眠中苏醒的睡眠者可以想起一个画面或者一些情绪，但很少是故事性的梦。
大脑底部一个区域（脑桥）可以保持身体在REM睡眠状态下的麻痹状态，但控制眼球运动和呼吸的肌肉没有被抑制。在REM睡眠中，身体甚至停止调节体温。
脑桥损伤的猫会在睡梦中运动，比如有跟踪并捕捉的动作，就像它们在追逐老鼠一样。人类也有可能出现“REM睡眠行为障碍”。一个睡眠者梦见他是一个足球运动员，正撞向他的对手，醒来时发现头部因为撞向梳妆台而受伤。
当一个人被训练完成某个任务后，此时剥夺他的睡眠，会影响他的学习效果，即使这个人在恢复睡眠一周之后再测试，结果依然如此。动物的脑成像研究表明，大脑活动在学习一项任务（如走迷宫）时的图案在睡眠时重演。睡眠中重演次数越多，学习的效果便越好。
睡眠如何协助学习与记忆的确切机理还未完全解开。然而，已知在训练后的睡眠中，大脑中一些可改变神经细胞联系的基因被开启。