Сон состоит из циклов, повторяющихся с периодом 60—90 мин. Каждый цикл включает две фазы (стадии): медленноволновой (медленный) сон и быстроволновой (быстрый) сон. Сразу после засыпания развивается медленный сон. На электроэнцефалограмме (ЭЭГ) спящего человека в это время видны редкие волны большой амплитуды. При этом происходит торможение большинства отделов центральной нервной системы, снижается активность органов, дыхание становится редким, частота сердцебиения и давление снижаются, кожа розовеет.
Спустя 1—1,5 ч фаза медленного сна на 10—20 мин сменяется фазой быстрого сна. На ЭЭГ появляются быстрые низкоамплитудные волны, похожие на те, которые регистрируются у человека в период бодрствования. Дыхание становится нерегулярным, возрастает давление и частота сердцебиения, сокращается мимическая мускулатура, двигаются пальцы рук. Именно в этот период человек видит сны. Фазу быстрого сна по−другому называют парадоксальным сном или фазой быстрых движений глаз. Во время этой стадии видно, как у спящего под сомкнутыми веками быстро и хаотично движутся глазные яблоки.
После завершения быстрого сна вновь начинается медленный. К утру продолжительность быстрого сна возрастает.