Gli stati e le fasi del sonno umano sono definiti sulla base di modelli caratteristici in tutti i seguenti elementi tranne:
Elettrooculogramma (EOG, una misura dell'attività dei movimenti oculari)
Elettroencefalogramma (EEG)
Elettromiogramma (EMG)
Elettrocardiogramma (ECG)
Gli stati e le fasi del sonno umano sono definiti sulla base di modelli caratteristici dell'elettroencefalogramma (EEG), dell'elettrooculogramma (EOG, una misura dell'attività dei movimenti oculari) e dell'elettromiogramma di superficie (EMG) misurato sul mento e sul collo. La registrazione continua di questa serie di parametri elettrofisiologici per definire il sonno e la veglia è chiamata polisonnografia. I profili polisonnografici definiscono due stati del sonno: (1) sonno con movimenti oculari rapidi (REM) e (2) sonno con movimenti oculari non rapidi (NREM). Il sonno NREM è ulteriormente suddiviso in tre fasi, caratterizzate da un aumento della soglia di eccitazione e da un rallentamento dell'EEG corticale. Il sonno REM è caratterizzato da un EEG a bassa ampiezza e frequenza mista simile a quello del sonno NREM stadio N1. L'EOG mostra esplosioni di REM simili a quelle osservate durante la veglia ad occhi aperti. L'attività EMG del mento è assente, riflettendo l'atonia muscolare mediata dal tronco cerebrale che è caratteristica di quello stato.