Siempre se ha considerado que el sueño esta relacionado con la conducta. Las ondas cerebrales que se registran a través de la electroencefalografía (EEG), corroboran que existe una relación invariable entre estos registros y el estado del sueño.

En el ciclo del sueño existen cuatro etapas o fases. La fase 1 del sueño es la más ligera y se caracteriza por el bajo voltaje y la actividad desincronizada. A veces se caracteriza por un bajo voltaje y actividad constante (de 4 a 6 cps). Luego le sigue la fase 2 y en el EEG aparece un gráfico con ondas llamadas husos de sueño (de 13 a 15 cps) y algunos picos de alto voltaje, llamados complejos K. La fase 3 continua, con la aparición de las ondas delta (actividad de alto voltaje y de 0.5 a 2.5 cps). El ciclo termina con la fase 4 en la que las ondas delta ocupan la mayor parte del sueño.

Durante el sueño se alternan periodos de sueño profundo y de sueño ligero. Hay cuatro o cinco periodos en los que se pasa de las fases 2, 3 y 4 a otra similar a la 1. Las personas que se despiertan durante esos lapsos de cambio aseguran haber tenido sueños, en un 60 a 90% de los casos. Estos periodos se caracterizan por una gráfica del EEG similar a la de la fase 1, así como por otros factores.

Los periodos de sueño ligero se diferencian bastante de la fase 1 del sueño. La terminología de sueño ligero y sueño profundo han cambiado, a estos estados se les denomina sueño D (desincronizado o de ensueños) y sueño S (sincronizado). También se les conoce como sueño REM (rapid-eye-movement o movimientos oculares rápidos) y sueño NREM (non-rapid-eye-movement o movimiento oculares lentos).

Los resultados de un EEG pueden ser engañosos. Las ondas lentas asociadas al sueño se pueden encontrar en estados de vigilia bajo los efectos de algún medicamento o durante algunas fases de la anestesia o del coma. Cuando se realiza un EEG para hacer un diagnóstico del sueño, lo más importante es que la gráfica muestre un ciclo normal y una alternancia regular de los dos periodos (sueño D y sueño S). Los cuatro o cinco periodos del sueño D nocturno ocupan alrededor de 90 minutos, un poco más del 20% del total del tiempo. El primer periodo del sueño D aparece pasados 70 o 120 minutos desde el inicio del sueño.

La edad también provoca algunas variaciones en la distribución del tiempo de sueño. Usualmente los jóvenes necesitan dormir más que los adultos, y el periodo de sueño D también es más largo en los jóvenes que en los adultos. El promedio de tiempo en ambos estados de sueño va disminuyendo poco a poco con la edad.