睡眠狀態(tài)下機體的很多生理活動情況與醒覺時不同，其中有些改變是相對一致的貫穿于整個睡眠過程的，有些則在NREM與REM階段各不相同。
    NREM與REM所共有的生理變化有：①肌張力：骨骼肌張力減低，全身肌肉處于松弛狀態(tài)。②刺激與反射：機體對刺激的感受與反應減弱，而且不僅限于視、聽、嗅、觸等外感受系統(tǒng)，內(nèi)部感受系統(tǒng)的情況也是如此。③內(nèi)臟活動情況的改變：睡眠時心輸出量減少，周圍血壓略有下降。胃酸分泌一般是減少的，但在患十二指腸潰瘍的人則胃酸分泌增加。
    在NREM睡眠階段，全身肌肉是松弛的，而且隨著睡眠的加深，肌肉張力會越來越松弛，除每隔15－20分鐘轉(zhuǎn)動一次身體，或改換姿勢外，其他時間安臥不動，也沒有眼球運動。內(nèi)臟活動總的趨勢是副交感神經(jīng)活動占優(yōu)勢，基礎(chǔ)代謝率降低10％－15％，心率減慢，每分鐘可減慢10－20次，血壓下降，收縮壓可降低10－30毫米汞柱，呼吸減慢，換氣量減少，胃腸蠕動增加。這些內(nèi)臟活動的改變隨著睡眠的加深而愈趨明顯。
    REM階段的生理變化比較復雜，有的學者將其分為兩種狀況，一種是沒有特殊活動出現(xiàn)的基礎(chǔ)性狀況，另一種是有肌肉陣發(fā)運動和（或）內(nèi)臟活動明顯變化的發(fā)作性狀況。在基礎(chǔ)狀態(tài)下，沒有骨骼肌的運動，全身肌張力高度松弛，內(nèi)臟活動也處于相對平穩(wěn)的狀態(tài)。
    另一方面，貫穿著整個REM階段．又有很多次發(fā)作性的狀況出現(xiàn)，此時除了眼球快速運動外、面肌及四肢肌肉也可發(fā)生小的抽動，有時還可出現(xiàn)嘴唇的吸吮動作、喉部短促發(fā)聲和手足徐動樣運動。內(nèi)臟活動高度不穩(wěn)定，呼吸不規(guī)則，心率也經(jīng)常變動，血壓可暫時性升高，有時升高40毫米汞柱之多，胃酸分泌增加，胎兒的胎動增加。這就是為什么心肌梗死、卒中、潰瘍病穿孔和分娩容易在晚間發(fā)作，而且往往在REM階段發(fā)生的原因。
    此外，REM睡眠時，腦各個部分的血流量都比醒覺時明顯增加，以間腦及腦干最為明顯，大腦則以海馬及前聯(lián)合一帶增加較多。REM睡眠時腦部的耗氧量也比醒覺時明顯增加。
    生長激素的分泌在醒覺時較少，NREM睡眠期增多，&睡眠期分泌最多，而至REM睡睡眠期又減少，所以生長激素分泌的高峰期多數(shù)在前半夜。ACTH及皮質(zhì)類固醇的分泌夜間多于白天，在REM睡眠占優(yōu)勢的后半夜。