В фазе медленного сна на электроэнцефалограмме отмечаются редкие волны большой амплитуды. В это время сердце бьется медленнее обычного, обмен веществ понижен, глазные яблоки под веками неподвижны, отсюда такое название. Предполагают, что во время медленного сна происходит восстановление энергозатрат.
В фазе быстрого сна всё меняется: кривая, вычерчиваемая прибором, регистрирует частые колебания небольшой амплитуды. Они напоминают кривую биотоков мозга бодрствующего человека. Происходят и внешние изменения. Усиливается работа сердца, глазные яблоки начинают двигаться под веками, руки сжимаются в кулаки, иногда спящий меняет позу. Сновидения к человеку чаще приходят в фазе быстрого сна. Считают, что быстрый сон обеспечивает функции психологической защиты, переработку информации, её обмен между сознанием и подсознанием.