С редица съвременни електрофизиологични експерименти е доказано, че нощният сън се състои от различни фази, които се повтарят циклично. Установени са две основни фази на съня: ортодоксален (бавен) сън и парадоксален (бърз) сън, при които се наблюдават различия в поведението на заспалия, дълбочината на съня, движението на очните ябълки и др.

Стадии на ортодоксалния (бавен) сън. Ортодоксалният сън се състои от четири последователни стадии.

1. Първият стадий се нарича дрямка. По време на този сън спящият постепенно се отдалечава и откъсва от околния свят. Очните ябълки правят бавни въртеливи движения, а в енцефалограмата (ЕЕГ), която дава информация за работата на мозъка по време на съня, преобладават алфа вълни с малка амплитуда.
2. Вторият стадий е лек повърхностен сън. В енцефалограмата се появяват сънни вретена – залпове от колебания с честота 12-14 в секунда.
3. Третият стадий е сън със средна дълбочина. Той е най-продължителен през първата трета на нощта. Енцефалограмата показва увеличаване броя на бавни делта вълни.
4. Четвъртият стадий е дълбок сън. Енцефалограмата показва многобройни делта вълни с по-продължително времетраене.

Парадоксален (бърз) сън. По време на този сън в електроенцефалограмата се наблюдават бързи вълни с малка амплитуда (затова той се нарича бърз сън). Забелязват се бързи движения на очните ябълки. По време на този сън спящият сънува. Бързият сън настъпва 45-60-90 минути след началото на заспиването и се повтаря след всеки цикъл на ортодоксалния (бавен) сън. Той е по-дълбок от бавния сън.