Z fazami snu ściśle związane są poszczególne stany świadomości, w których mózg działa w różnej częstotliwości fal mózgowych.
Zanim jeszcze położymy się spać, nasz mózg pracuje w częstotliwości beta (12-28 Hz). Jest to stan gotowości typowy dla zwykłej codziennej aktywności. W momencie gdy kładziemy się spać, aktywność mózgu spada. Umysł się uspokaja, a mózg zaczyna pracować w częstotliwości alfa (8-13 Hz). Są to fale odpowiedzialne za stan odprężenia. Uaktywniają się przed snem i zaraz po obudzeniu, czasami także w ciągu dnia- na przykład gdy się zamyślimy. Ten okres zasypiania trwa od około 10 do 15 minut.
Faza 1
Mózg przechodzi od fal alfa do fal theta (4-7Hz). W naszym umyśle pojawiają się oderwane od siebie obrazy, dźwięki, nielogiczne skojarzenia. Są to hipnagogi, towarzyszą nam zawsze przy zasypianiu. Stopniowo tracimy kontakt z rzeczywistością. Fazie 2 również towarzyszą fale theta - zapadamy w sen, następuje wyłączenie świadomości.
Faza 3
Faza przejściowa, w której mózg zwalniając swoją pracę, przechodzi z częstotliwości theta w częstotliwość delta (0,5 - 3 Hz), i tak już pracuje do końca fazy 4. Obie te fazy to sen głęboki, wolnofalowy. Oddech staje się regularny, spada ciśnienie, spada napięcie mięśni i temperatura ciała. Organizm odpoczywa. Jeśli ktoś Cię obudzi w tym momencie, będziesz bardzo senny i rozkojarzony, a rano nie będziesz tego pamiętać.
Faza REM
Fale mózgowe powoli zaczynają przyspieszać, a mózg przechodzi wszystkie fazy w odwrotnej kolejności, od 4 w dół (teraz zamiast fazy 1 pojawia się faza REM). Po 90 minutach od zaśnięcia znajdujemy się znowu w płytkim śnie. Przyśpiesza się bicie serca i oddech. Rozpoczyna się faza REM (Rapid-Eye Movement). Swoją nazwę zawdzięcza szybkim ruchom gałek ocznych. Niektórzy nazywają tę fazę snem paradoksalnym, gdyż aktywność mózgu jest wtedy bardzo wysoka. Dzieje się tak dlatego, że w tym momencie przeżywamy marzenia senne. Wszystko, co się dzieje w świecie snu, jest dla nas bardzo realne i dlatego mózg jest niemal tak aktywny, jak podczas dnia.
Pojawia się paraliż senny- nasze mięśnie są sparaliżowane. W przeciwnym wypadku ruchy, które wykonujemy we śnie, wykonywalibyśmy również w łóżku. Obudzeni w tej fazie z pewnością będziemy pamiętać sen, który właśnie śniliśmy. Gdy ta faza dobiegnie końca, mózg rozpoczyna cykl od nowa.