睡眠由兩個交替出現的不同時相所組成，一個是慢波相，又稱非快速眼動睡眠，另一個則是異相睡眠，又稱快速眼動睡眠，此時相中出現眼球快速運動，并經常做夢。快速眼動睡眠主要用于恢復體力，非快速眼動主要用于恢復腦力。

　　慢波睡眠

　　根據人腦電波的特征，通常將此時相區分為4個不同的期，即相應于睡眠由淺入深的過程。第1期呈現低電壓腦波，頻率快慢混合，而以4～7周/秒的頻率為主，它常出現在睡眠伊始和夜間短暫蘇醒。

　　非快速眼動睡眠在前半夜較多，主要是常人經過一天的用腦后，腦力消枆很大，對于腦細胞與腦組織都是壓力與傷害，生理時鐘自然會誘使我們睡覺，讓腦部溫度降下，進入修護階段，這對生命的維系相當重要。后半夜睡眠速眼動睡眠會較多，則是與學習工作有關，當一天中經歷了許多不管是好是壞的景物，都要納入記憶中，而速眼動睡眠就包含了學習新事物、整合日間情緒等作用。

　　異相睡眠

　　異相睡眠是指當睡眠時眼皮下方的兩顆眼球呈現出規則性的左右擺動。整夜有規律地交錯進行著，睡眠醫學上叫做睡眠循環。一個晚上會有4至5次的睡眠循環，非速眼動睡眠在前半夜維持較多，后半夜幾乎沒有；但速眼動睡眠到后半夜則是愈來愈多。

　　它是在睡眠過程中周期出現的一種激動狀態。腦電圖呈現快頻低壓電波，類似清醒時腦波。自主神經系統活動增強，如心率、呼吸加速，血壓升高，腦血流及耗氧量均增加，在男性則有陰莖勃起。此外，睡者時時翻身，面和指（趾）端肌肉不時抽動。在實驗動物還記錄到單個神經細胞的放電活動非但高于慢波相，有時還超過清醒狀態下的活動水平。人的異相睡眠，和動物的一樣，表現出3個特征：①低電壓，快頻腦波；②頸部肌肉張力松弛以及脊髓反射被抑制，此時運動系統受到很強抑制；③頻繁出現快速的眼球運動，同時在一些和視覺有關的腦結構，包括大腦皮層視區，出現高大銳波，統稱腦橋-膝狀體-枕區皮層波（PGO）。由于快速眼動只存在于異相睡眠中，故后者常被叫做快速眼動睡眠。

　　深度睡眠

　　一般是以身體活動減少和感覺靈敏度降低作為衡量的指標。此外，一些生理指標，特別是喚醒閾，也指示慢波相的第3、4期是深睡時期。至于異相睡眠的深度則很難判定，因為它即表現肌張力松弛，又常出現全身翻轉和面、指肌抽動；在感覺方面，外界無關的刺激較難喚醒睡者，可是當刺激具有特殊含義或者和他做夢的內容有關時，第一次則他會認為是夢里發生的事情，如果刺激多次以上，則極易喚醒。這些矛盾提示，在異相睡眠中腦內發生一種主動過程能切斷它和外界無關刺激的聯系。如果依自主神經系統活動強弱來判別，則異相睡眠更接近覺醒狀態，如在此時相喚醒睡者，他會說自己正在熟睡；反之，在慢波相時喚醒他，則說睡得不熟。推測這種主觀的睡眠意識可能與他的夢境有關聯。綜上所述，對睡眠深度的精確測定是困難的,趨向是將異相和慢波相看作兩個獨立的狀態。

　　有些自主神經活動隨睡眠過程的發展而變化，似和兩個時相關系不大。例如，體溫從睡眠開始便逐漸下降，5～6小時達最低點，然后又逐漸回升。有人提出，睡眠時仍能學習口述材料，可是腦電圖的分析證明，睡者實際上是處在朦朧狀態。夢囈多發生在慢波睡眠的第2期，而夢游則無例外地發生在慢波第4期中，并且兩者一般都和夢的內容無關。