Os adultos costumam atravessar as cinco fases do sono aproximadamente a cada 90 minutos, embora o tempo passado em cada fase mude durante a noite e ao longo da vida. Logo que adormecemos, passamos mais tempo no estágio profundo e apenas alguns minutos no sono REM, mas de manhã as fases desse estágio podem durar até 30 minutos.
Estágio 1 NREM
Esse estágio está a apenas a um passo da vigília — é chamado pelos investigadores de fase de transição. Dura poucos minutos. Há menos atividade encefálica.
Estágio 2 NREM
É início do sono verdadeiro. Salvas breves de atividade encefálica, com duração de um ou dois segundos — os fusos de sono —, interrompem a redução progressiva da atividade. As ondas encefálicas ainda são classificadas como ondas teta, mas aos poucos são substituídas por ondas delta, grandes e lentas, conforme o estágio avança.
Estágio 3 NREM
Os estágios 3 e 4 NREM são chamados de sono de ondas lentas. Quando as ondas delta representam 20% da atividade encefálica total, chega-se ao estágio 3 NREM; o estágio 4 tem início com 50% de ondas delta.
Estágio 4 NREM
O primeiro episódio de estágio 4 NREM da noite dura, em média, de 20 a 40 minutos, durante os quais a frequência cardíaca, a pressão arterial e a frequência respiratória alcançam o nível mais baixo. Os estágios 3 e 4 costumam ocorrer nos dois primeiros ciclos de 90 minutos de sono a cada noite.
REM
Também chamado de sono ativo, está associado ao aumento da atividade encefálica durante a qual acontecem os sonhos. As ondas nessa fase são pequenas e rápidas, e as descargas dos neurónios visuais e motores têm a mesma velocidade que durante a vigília. Ao amanhecer, os períodos de REM são mais longo.
Depois de um período de sono profundo, o tronco encefálico envia sinais para despertar e leva o córtex cerebral de volta à consciência. A mente reaparece, mas não no mundo acordado. Em vez disso, tem início a quinta fase — o sono com movimentos oculares rápidos (REM), no qual ocorrem os sonhos.
Durante o REM, a consciência é isolada das informações provenientes dos sentidos, operando num mundo de sonhos criados no encéfalo. No entanto, a consciência não está totalmente desligada dos sentidos.
A mente é totalmente desligada dos músculos voluntários (com exceção dos músculos oculares), para que as pessoas não traduzam os sonhos em ação. Em algumas pessoas, essa paralisia é prorrogada no estado de vigília, e elas não conseguem mexer-se durante alguns minutos ao acordar.
Os episódios de falar e andar enquanto se dorme ocorrem no estágio 4 do sono não REM e, como essa fase é muito profunda, as pessoas não se lembram do que aconteceu.