Aunque los sueños siguen siendo una profunda incógnita para la ciencia, se sabe que cuando soñamos, la actividad cerebral requiere el doble de intensidad del flujo sanguíneo en comparación con el estado de vigilia.
Los sueños se originan durante la fase REM (Movimiento Ocular Rápido en sus siglas en inglés). En esta etapa, nuestro cerebro paraliza los músculos para evitar que podamos movernos y materializar nuestras alucinaciones oníricas, las cuales se nos presentan en forma de narración, aunque puedan ser incoherentes o absurdas. Usualmente el cerebro intenta solucionar los problemas e inquietudes que nos ocupan durante el día o un sueño puede ser un reflejo fiel o, en la mayoría de los casos, simbólico de lo que pensamos o nos preocupa, de nuestros miedos y de nuestros deseos, como sostenía Freud. Son por eso comunes algunas pesadillas que evocan temores como la falta de confianza en uno mismo que se refleja muchas veces en un sueño en el que la persona se encuentra desnuda en un lugar público y no consigue esconderse o taparse.
Las alteraciones más típicas de esta fase son las pesadillas, el sueño REM sin atonía y la parálisis del sueño.
Se han realizado experimentos en animales a los que les es suprimida la parte del cerebro encargada de la parálisis durante la fase REM, lo que ha permitido observar en ellos comportamientos que van de acuerdo con lo que sueñan, normalmente relacionado con actividades que les gusta como comer, jugar o cazar alguna presa, mientras se encuentran profundamente dormidos.