在有人类存在以来的漫长历史长河中，绝大多数时间内，人们都是日出而作，日落而息，睡眠是生理必需的，是司空见惯的一种现象，受科学技术水平的限制，绝少有人对睡眠本身作深入思考和研究。直到12世纪，才有美国科学家对睡眠开始进行科学研究，之后许多国家的科学家也加入这一领域的研究。
简单说来，人的大脑皮层神经细胞，当由于不断地工作而疲劳时，就由兴奋状态进入抑制状态，抑制从局部逐渐向周围扩散，当抑制达到一定范围时，就进入了睡眠状态。具体地说，在脑干的中央部位，有许多散在的神经细胞，它们通过神经纤维相联接，交织如网，称为“网状结构”。它的功能是激动整个大脑皮层，维持大脑皮层的兴奋水平，使机体处于觉醒状态。当它向上的冲动减少时，大脑皮层神经细胞的活动水平就降低，由兴奋转入抑制，人就处于安静或进入睡眠状态。
睡眠的机制目前还不清楚。自从1957年美国的两位科学家开始采用记录脑电波变化的方法研究睡眠后，根据对正常人在睡眠过程中脑电图的观察，发现睡眠过程中有两种相互交替出现的状态，先是一种表现为振幅大、频率慢的波，称为慢波睡眠。此时呼吸深慢而均匀，脉搏血压较稳定，脑垂体分泌的“生长素”增加，促进身体的合成代谢，使体力得到恢复，因而也有人称之为“身体的睡眠”。之后脑电图上出现频率快的波，称为快波睡眠。这时，眼球快速运动，脑血管扩张，脑血流量比慢波睡眠时多30%～50%，脑细胞代谢旺盛，使脑力得到恢复，因而有人称之为“脑的睡眠”。这两个过程大约需要2个小时。之后，再重复出现这两个过程，两者反复交替，一夜中大约4～5次。在不同的年龄阶段，快波睡眠和慢波睡眠所占的时间比例不同，成人快波睡眠的时间约占整个睡眠过程的四分之一，老年人睡眠时间减少，快波睡眠时间所占的比例也减少，而儿童期快波睡眠时间的比例可达二分之一，因而对大脑发育有利。