Было высказано мнение, что при переходе от первого ко второму биоэлектрические разряды отдельных нейронов мозга формируются в "пачки". Это объяснило появление на ЭЭГ при засыпании медленных волн и позволяло сделать вывод, что сон - это не отдых, не следствие заторможенного состояния нейронов, а какая-то особая, очень важная для мозга работа, несомненно, отличающаяся от той, которую он выполняет во время бодрствования. Электрофизиологические исследования выявили также, что при сне, искусственно вызванном радражением различных гипнотических зон мозга, биоэлектрические процессы в клетках коры больших полушарий неидентичны. Это давало основание считать, что физиологические процессы в мозгу не только в период бодрствования, но и во время сна могут быть неоднозначны, что и явилось предпосылкой к вычленению отдельных видов сна.
Выделить два существенно отличающихся вида сна удалось в 1953 году американским исследователям Н. Клейтману, 10. Азеринскому и У. Дементу. Для одного из этих видов сна на ЭЭГ характерно появление известных и ранее как электроэнцефалографическое отражение сна медленных волн. Потому его и стали называть "медленным". Оказалось, что он не непрерывен. Периодически, приблизительно через 1-1,5 часа, он сменяется более коротким периодом быстрого сна, при котором электроэнцефалограмма резко изменяется - становится свойственной дремотному состоянию или даже бодрствованию. В это время у спящего, отмечаются быстрые сочетанные движения глазных яблок, мышечный тонус оказывается особенно резко сниженным и разбудить человека становится труднее, чем в период медленного сна. На ЭЭГ отмечается значительное ускорение биоритмов, потому этот вид сна и был обозначен как "быстрый". У него есть и другое название, предложенное французским исследователем М. Жувье, - "парадоксальный", что отражает парадоксальность сочетания признаков, характерных для углубления сна, с признаками пробуждения.
Изучение сна в настоящее время проводится с помощью аппаратов, обеспечивающих одновременную полиграфическую регистрацию различных сведений о спящем (характер биотоков мозга, мышц, подвижность глазных яблок, вегетативные реакции и пр.).
Такие исследования позволили установить, что именно при быстром сне возникают сновидения. Смена медленного сна быстрым образует цикл длительностью 90-120 минут. В течение ночи обычно бывает 5-6 таких циклов. При этом в первых из них быстрый сои очень краток, в последующих он удлиняется и в общей сложности составляет приблизительно 20%. Сновидения человек обычно запоминает лишь в том случае, если пробуждение наступило на фоне быстрого сна или не более чем через 5 минут после перехода его в медленный.
Наличие сновидений свидетельствует о возникновении во время сна представлений, включающих в себя сложные, подчас фантастические переплетения отдельных элементов прошлого опыта и воздействующих на спящего раздражителей, которые при определенной их интенсивности способны "пробиваться" через закрытые "окна в мир" и вплетаться в сновидения. Ощущения, испытываемые спящим, могут восприниматься им в процессе сновидений самым причудливым образом. Так, Майн Рид рассказывал, что, когда он спал с пластырем на голове, ему приснилось, будто индейцы снимают с него скальп. У людей, побывавших на войне, грохот проезжающего мимо окон транспорта нередко рождает во сне сцены боя. Нахождение в чрезмерно теплом и душном помещении может в сновидениях обусловливать сцены пожара, нахождения в бане, работы в горячем цехе и т. п. Содержание сновидений определяется также запахами, чувством голода, боли, сексуального желания и т. п. и во многом зависит от эмоционального состояния человека в течение дня, от характера мыслительных процессов и чувственных впечатлений в период бодрствования. Влияют на них возраст, профессия, интеллектуальный уровень, круг увлечений, состояние здоровья... По сути дела все проявления жизнедеятельности организма и жизненный опыт человека могут воздействовать на характер сновидений.
Физиологическое обоснование последних впервые было дано И. П. Павловым. Он считал, что "сновидения обыкновенно представляют цепь разнообразных и противоположных следовых раздражений". Аналогичной точки зрения придерживался и В. М. Бехтерев. Он говорил, что "здесь дело идет о явлениях, которые развиваются из того же источника, как и внутренние переживания в бодрственном состоянии, и, следовательно, нет основания прибегать здесь к гипотезам особого рода..."