Uczeni odkryli, że istnieją dwa rodzaje snu: REM (szybkie ruchy gałek ocznych) i NREM (czyli non-REM, a więc brak szybkich ruchów gałek ocznych).
Stan NREM występuje w początkowym okresie zaśnięcia. Często nazywa się go „spokojnym snem”, gdyż charakteryzuje go powolny, regularny oddech, brak ruchów ciała i obniżona aktywność mózgu. Śpiący człowiek po prostu traci kontakt z otoczeniem, ponieważ jego mózg jest w letargu. Nie otrzymuje już informacji poprzez pięć narządów zmysłów i dlatego nie reaguje na to, co się wokół niego dzieje. Ciało może się poruszać w tym stanie, lecz tego nie robi, bo mózg mu tego nie każe.
W nocy występuje kilka okresów NREM. Pierwszy trwa średnio osiemdziesiąt minut. Bezpośrednio po nim pojawia się pierwszy etap REM, trwający zwykle około dziesięciu minut.
Okresy REM charakteryzują się szybkimi, jakby konwulsyjnymi drganiami dłoni i mięśni twarzy. Jeśli ktoś chrapał, przestaje, a jego oddech robi się nieregularny i ciężki. Ciało jest całkowicie sparaliżowane, człowiek nie może ruszyć ręką ani nogą. W tym czasie ciśnienie krwi zwykle wzrasta, serce zaczyna bić szybciej, tak jakby śpiący pokonywał bieg z przeszkodami. Najbardziej charakterystyczne jest to, że gałki oczne szybko poruszają się z boku na bok pod zamkniętymi powiekami, tak jakby człowiek wodził wzrokiem za przesuwającym się przedmiotem.
Uczeni stwierdzili, że jeśli obudzi się osobę będącą akurat w stanie stan REM, powie ona, że miała właśnie marzenia senne. A zatem fazę snu REM utożsamiano z okresami marzeń sennych człowieka, choć (akie samo zjawisko obserwuje się u zwierząt, co prowadzi badaczy do wniosku, że ludzie nie są jedynymi istotami, które potrafią śnić.
W ciągu nocy okresy REM i NREM przeplatają się wzajemnie. Taki cykl może trwać od siedemdziesięciu do stu dziesięciu minut, ale przeciętnie zajmuje półtorej godziny.
Z początku okresy NREM są dłuższe, lecz w miarę upływu nocy wydłużają się okresy REM i czasami trwają godzinę. I tak, w ogólności, możemy powiedzieć, że śnimy średnio co dziewięćdziesiąt minut w ciągu nocy i że każdej nocy na nasz ośmiogodzinny sen przypadają mniej więcej dwie godziny marzeń sennych.