El descubrimiento de los movimientos oculares rápidos podría considerarse el comienzo de la etapa de investigación formal en sueño. Ya en 1957, Dement y Kleitman presentaron una clasificación, que continúa vigente, que diferencia entre las fases I, II, III, IV del sueño no REM y la fase REM. Esto permitió posteriormente estandarizar la terminología y las técnicas de la medicina del sueño.

Mientras dormimos, se alternan las fases de sueño REM y NO REM en ciclos de unos 90 minutos y el cerebro se comporta de forma diferente en cada una de ellas. Es en la primera, también llamada MOR o de movimientos oculares rápidos, cuando se producen los sueños que recordamos al despertar. En ese momento, se dice que el cerebro registra una actividad muy similar a cuando estamos despiertos.

Sin embargo, durante la fase NO REM, que se divide a su vez en cuatro etapas bien diferenciadas, las neuronas de la base del cerebro reducen su actividad drásticamente; en cambio las de la corteza cerebral y otras zonas próximas se mantienen practicamente igual de activas que cuando estamos despiertos. Por ello, soñar en esta etapa es muy raro. En esta fase se consume menos energía y la frecuencia cardíaca y respiratoria es muy regular.

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