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，並經常做夢。快速眼動睡眠主要用於恢復體力，非快速眼動主要用於恢復腦力。
慢波睡眠
根據人腦電波的特徵，通常將此時相區分為4個不同的期，即相應於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甦醒
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後，腦力消枆很大，對於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，這對生命的維繫相當重要。後半夜睡眠快速動眼睡眠會較多，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，而非快速動眼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，非快速動眼睡眠在前半夜維持較多，後半夜幾乎沒有;但快速動眼睡眠到後半夜則是愈來愈多。
它是在睡眠過程中週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於慢波相，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個特徵：①低電壓，快頻腦波;②頸部肌肉張力鬆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)。由於快速眼動只存在於異相睡眠中，故後者常被叫做快速眼動睡眠。
