睡眠是一个复杂的生理过程，可分为非快速眼动睡眠（NREM）和快速眼动睡眠（REM）两个时相，各期脑电呈现出不同的变化特点。

在清醒状态下，脑电波主要表现为频率较高、波幅较小的β波，频率为14 - 30Hz，它反映大脑处于紧张的活动状态。当人开始放松并准备入睡，进入安静、闭眼的清醒休息状态时，脑电会出现α波，频率为8 - 13Hz，波幅稍大，这是大脑处于安静和休息状态的标志。

随着睡眠的深入，进入NREM睡眠期。NREM睡眠又可分为四个阶段。第一阶段是入睡期，脑电呈现低电压的混合频率，α波逐渐减少，开始出现频率和波幅都较低的θ波，频率为4 - 7Hz，这个阶段持续时间较短，人很容易被唤醒。第二阶段为浅睡期，脑电特征是在θ波的背景上出现睡眠梭形波和K - 复合波。睡眠梭形波是频率为12 - 14Hz的短串节律，K - 复合波则是一个先负后正的双相电位。此阶段睡眠逐渐加深，但仍较易被唤醒。第三阶段和第四阶段可合并称为深睡期，脑电中δ波逐渐增多。δ波频率更低，为0.5 - 3Hz，波幅更大。在第三阶段，δ波占20% - 50%；到第四阶段，δ波超过50%。深睡期时，人的意识进一步丧失，肌肉放松，很难被唤醒，此期对恢复体力和促进生长发育有重要意义。

之后进入REM睡眠期，脑电活动又发生明显变化，表现出类似清醒期的低电压、快频率的β波型，因此也被称为异相睡眠。但此时眼球会快速运动，全身肌肉张力极度降低，同时伴有生动的梦境。睡眠就是在NREM和REM睡眠期之间循环往复，每个周期大约90 - 120分钟，一夜通常有4 - 5个周期，各期脑电的有序变化保障了睡眠的正常进行和机体功能的恢复。