Usualmente quienes duermen pasan a través de cinco etapas: 1, 2, 3, 4, y sueño REM (movimiento rápido de los ojos). Estas etapas progresan cíclicamente desde 1 hasta REM luego comienzan nuevamente con la etapa 1. Un ciclo de sueño completo toma un promedio de 90 a 110 minutos. Los primeros ciclos de sueño cada noche tienen sueños REM relativamente cortos y largos períodos de sueño profundo pero más tarde en la noche, los períodos de REM se alargan y el tiempo de sueño profundo desciende.
Etapa 1 es el sueño liviano cuando se entra y sale del sueño y se puede despertar fácilmente. En esta etapa, los ojos se mueven lentamente y la actividad muscular se enlentece. Durante esta etapa, muchas personas experimentan contracciones musculares repentinas precedidas de una sensación de estar cayendo.
En la etapa 2, el movimiento de ojos se detiene y las ondas cerebrales se vuelven más lentas con sólo un estallido ocasional de ondas cerebrales rápidas. Cuando una persona entra en la etapa 3, ondas cerebrales extremadamente lentas llamadas ondas delta se intercalan con ondas más pequeñas, más rápidas. En la etapa 4, el cerebro produce ondas delta casi exclusivamente. Las etapas 3 y 4 son referidas como sueño profundo, y es muy difícil despertar a alguien de ellas. En el sueño profundo, no hay movimiento ocular o actividad muscular. Es cuando algunos niños experimentan mojar la cama, caminar dormidos o terrores nocturnos.
En el período REM, la respiración se hace más rápida, irregular y superficial, los ojos se agitan rápidamente y los músculos de los miembros se paralizan temporalmente. Las ondas cerebrales durante esta etapa aumentan a niveles experimentados cuando una persona está despierta. También, el ritmo cardíaco aumenta, la presión arterial sube, los hombres experimentan erecciones y el cuerpo pierde algo de la habilidad para regular su temperatura. Es el tiempo en que ocurren la mayoría de los sueños, y, si es despertada durante el sueño REM, una persona puede recordar los sueños. La mayoría de las personas experimentan de tres a cinco intervalos de sueño REM cada noche.
Los niños pequeños pasan casi el 50% de su tiempo en sueño REM. Los adultos pasan cerca de la mitad del tiempo que duermen en la etapa 2, cerca del 20% en REM, y el otro 30% se divide entre las otras tres etapas. Los adultos más viejos pasan progresivamente menos tiempo en el sueño REM.
Como la investigación acerca del sueño es aún un campo relativamente joven, los científicos no descubrieron el sueño REM hasta 1953 cuando nuevas máquinas se desarrollaron para monitorear la actividad cerebral. Antes de este descubrimiento se creía que la mayoría de la actividad cerebral cesaba durante el sueño. Desde entonces, los científicos también han refutado la idea de que la privación de sueño REM puede llevar a la demencia y han encontrado que la falta de sueño REM puede aliviar la depresión clínica aunque no saben por qué. Teorías recientes unen al sueño REM con el aprendizaje y la memoria.
| Etapa | Frecuencia (Hz) | Amplitud (microVolts) | Tipo de onda |
| Despierto | 15-50 | <50 | |
| Pre-sueño | 8-12 | 50 | ritmo alfa |
| 1 | 4-8 | 50-100 | theta |
| 2 | 4-15 | 50-150 | ondas en huso |
| 3 | 2-4 | 100-150 | ondas en huso y ondas lentas |
| 4 | 0.5-2 | 100-200 | ondas en huso y ondas lentas |
| REM | 15-30 | <50 | |
La forma de la onda durante el REM tiene bajas amplitudes y altas frecuencias, tal como el estado de vigilia. Los primeros investigadores en realidad lo llamaron "sueño paradojal".
De acuerdo a los resultados de un estudio completado por Statistics Canada, la cantidad de sueño que una persona tiene cada noche depende de una variedad de factores, incluyendo género, estatus marital y laboral.
