Las primeras teorías sobre el funcionamiento de los sueños aparecen en el siglo XIX...

Alfred Maury propone que los sueños son un estado mezcla entre la vigilia y el dormir. Así, se darían cuando nos acostamos o cuando nos despertamos por algún motivo. El cerebro se encuentra entre dos estados y aparece una mezcla: El sueño. Sin embargo al despertar, muchas veces no se recuerda ningún sueño y otras cuando el despertar es brusco recordamos una larga historia…

En 1937 Klaue describe mediante la aplicación del EEG (electroencefalograma) el sueño del gato en el que se nombra el "sueño ligero", con bruscos movimientos oculares. Su trabajo no obtiene resonancia científica.

También por esa época A. Loomis usa el EEG sobre el hombre para observar que el cerebro no está inactivo durante la noche y además la actividad varía considerablemente a lo largo de ella. En 1944 el alemán Olhmeyer cita periodos de erección en el hombre mientras duerme.

En 1953 Arezky descubre periodos de bruscos movimientos de ojos (REM: Rapid Eye Mouvement), que asocia con el soñar.

Entre 1953 y 1958 W. Dement y N. Kleitman sientan las bases de la fisiología del sueño.

Durante la fase REM (también llamado sueño activo), el cerebro presenta una actividad muy similar a la de la vigilia (tanto que algunos investigadores lo definen como otro estado completamente distinto al del dormir).

Por ello Michel Jouvet y François Michel introducen el concepto "sueño paradójico" (sueño REM): El tercer estado de conciencia. Cuando se despierta una persona que se encuentra en estado REM, el 85% de las ocasiones asegura estar soñando. Durante el periodo NREM (de No REM: cuando no se dan las características de la fase REM, y que también se denomina sueño lento) se recuerdan un 30% aproximadamente de las veces alguna actividad, pensamientos, etc., pero no sueños como tales (sólo se dan en el 15% de las ocasiones) Ahora se sabe que cuando dormimos vamos pasando, de forma cíclica, por periodos NREM y periodos REM.

Después de muchos registros de personas durmiendo, este es el perfil típico de una noche de 8 horas en un adulto:

Cuando nos acostamos el cuerpo se relaja y la actividad del cerebro disminuye. Empezamos a adormecernos, perdiendo poco a poco la consciencia y teniendo a veces alucinaciones (imágenes hipnagógicas) y otros fenómenos (parálisis, percepción de sonidos, etc.). Estamos en la fase NREM 1.

Seguidamente empieza el "sueño profundo" (o sueño lento) y entonces, conforme pasamos por las fases NREM 2, NREM 3 y NREM 4 nos hacemos más insensibles al mundo exterior (sueño más profundo) y disminuyen los procesos mentales. La actividad del cerebro consiste principalmente en unas ondas lentas (las ondas Delta) que lo "sincronizan". Al terminar el periodo NREM 4 nos movemos (por ejemplo cambiando de lado), el cerebro se empieza a activar, los ojos de mueven de un lado a otro, la respiración se hace irregular, surgen rápidas contracciones (sobre todo de las manos y el rostro).

En el hombre aparece la erección y en la mujer se humedece la vagina: Estamos en plena fase REM, y si nos despiertan diremos seguramente que soñábamos. Además estamos paralizados: los impulsos motores no pueden llegar al cuerpo. Esto se explica debido a la actividad onírica que se desarrolla entonces. Si no estuviéramos bloqueados, reaccionaríamos ante la escena del sueño, por ejemplo corriendo, con catastróficas consecuencias.

Se han observado animales que no tienen la parte cerebral inhibitoria, responder con saltos y persecuciones ante las imágenes del sueño y estando a la vez totalmente aislados del entorno exterior. El cerebro dispone de un "sistema de seguridad" que impide que entremos en fase REM sin haber pasado antes por alguna fase NREM, o de forma repentina.

Al finalizar la fase REM nos volvemos a mover y entramos otra vez en los periodos NREM, repitiéndose el ciclo unas 4 o 5 veces, durando cada uno una media de unas dos horas. Al transcurrir la noche, las fases se hacen más intensas (por ejemplo al finalizar la noche los sueños son más vívidos); la fase REM se hace más larga (empieza con una duración de unos 10 minutos, acabando en unos 30 minutos aproximadamente) y las fases NREM se hacen más cortas.

El primer ciclo NREM se completa en unos 90 minutos apareciendo seguidamente la primera fase REM. En total estamos, aproximadamente un 20% de la noche (unos 100 minutos) en fase REM.

Por supuesto se dan muchas variaciones en diferentes personas y situaciones. Como ejemplo, después de una noche en vela, al recuperar el sueño, el periodo NREM 4 se alarga considerablemente, mientras el REM no aparece o se acorta mucho.