Bei Säugetieren und Vögeln lässt sich der Schlaf in zwei Kategorien einteilen. In einer von ihnen bewegen sich die Augen schnell. Dies wird als REM-Schlaf (von rapidem Augenbewegungen) bezeichnet. Die meisten Träume finden in dieser Phase statt. Der REM-Schlaf tritt normalerweise in Abständen während der Nacht auf. Die Phasen des REM-Schlafs verlängern sich in der zweiten Hälfte der Nacht. Der REM-Schlaf wurde erstmals 1952-53 entdeckt. Die Funktion des REM-Schlafs ist nicht gut verstanden.
Professor Nathaniel Kleitman und sein Schüler Eugene Aserinsky definierten 1953 die schnelle Augenbewegung und verbanden sie mit Träumen. Der REM-Schlaf wurde von Forschern wie William Dement und Michel Jouvet weiter beschrieben.
Die andere Kategorie, bei der diese Augenbewegung nicht stattfindet, wird als NREM-Schlaf (Non-REM-Schlaf) bezeichnet. Normalerweise treten während dieser Zeit keine Träume auf. Es gibt drei oder vier Stadien des NREM-Schlafs. Stadium I ist gerade noch schlafend oder dösend. Stadium II ist ebenfalls leichter Schlaf. Normalerweise verbringen erwachsene Menschen etwa die Hälfte der Zeit, die sie schlafen, im Leichtschlaf. Die Stadien III und IV werden als Tiefschlaf bezeichnet. Der Tiefschlaf ist für Wachstum und Heilung notwendig. Es kann ziemlich schwierig sein, jemanden zu wecken, der sich im Stadium III oder IV Schlaf befindet. Manchmal werden die Stadien III und IV kombiniert und als Stadium III bezeichnet.
Erwachsene Menschen schlafen normalerweise in Zyklen von jeweils 90 bis 110 Minuten. Der nächtliche Schlaf kann vier oder mehr dieser Zyklen betragen. Jeder Zyklus umfasst in dieser Reihenfolge: Stadium I, Stadium II, Stadium III (IV), Stadium II und REM.
Die Tatsache, dass sowohl Vögel als auch Säugetiere REM- und NREM-Schlaf zeigen, lässt vermuten, dass sich das Merkmal entwickelt hat, bevor die beiden Gruppen in ihrer Entwicklung auseinander gingen. Das deutet darauf hin, dass das REM/NREM-Merkmal sowohl früh als auch wichtig in der Evolution der Land-Wirbeltiere ist.