De slaap valt onder te verdelen in 5 verschillende slaapfases, waarvan de R.E.M. slaap (Rapid Eye Movement) de bekendste is.
De indeling van de verschillende slaapfases wordt vastgesteld door middel van een elektro-encefalogram (EEG), het elektromyogram (EMG) en het elektro-oculogram (EOG). Dit wordt dikwijls ook weergegeven in een hypnogram: een grafiek waarin de tijd doorgebracht in verschillende slaapfasen gedurende de nacht wordt weergegeven.
Het EEG geeft de activiteit van de hersenen in een grafiek weer en laat een meer synchrone hersenactiviteit zien wanneer men in rust is en meer gedesynchroniseerde activiteit wanneer men zich inspant of concentreert.
Het EMG registreert de spierbewegingen en geeft deze weer in een diagram.
Het EOG geeft de activiteit van de oogspieren weer, waarbij zichtbaar is hoe vaak de ogen bewogen worden en in welke richting.
Eén nachtje slapen bestaat uit 5 slaapfasen. Deze verschillende fasen worden bepaald door de mate van hersenactiviteit en oogbeweging (Eye Movement).
Bij de eerste 4 fasen is de oogbeweging langzaam. Deze fasen heten dan ook Non Rapid Eye Movement (NREM). Alleen in de vijfde en laatste fase is er snelle oogbeweging, Rapid Eye Movement, vandaar de naam R.E.M.-slaap. Meestal voegt men echter fase 1 tot 4 samen tot de N.R.E.M.-slaap en fase 5 tot de R.E.M.-slaap.
Tijdens de nacht worden er normaliter ongeveer 4 of 5 cycli van afwisselend R.E.M.-slaap en non-R.E.M.-slaap doorlopen. Aan het begin van de nacht is er sprake van relatief veel diepe slaap en aan het einde van de nachtrust is er sprake van relatief meer R.E.M.-slaap.
Fase 1 (N.R.E.M.1)
Dit is de overgang tussen waken en slapen. De oogbeweging wordt geleidelijk aan langzamer. Je hebt moeite je ogen open te houden en valt tenslotte in slaap. Je hersenactiviteit neemt geleidelijk af. Dit duurt ongeveer één tot drie minuten (2% to 5% van je totale nachtrust)
Fase 2 (N.R.E.M.2)
In deze fase begint je echte slaap. Je slaap is weliswaar nog licht (vandaar de benaming ‘lichte slaap), maar je wordt niet meer van elk geluid wakker. Als men je wakker maakt in deze fase heb je nog niet het gevoel erg diep geslapen te hebben. Deze periode duurt ongeveer drie kwartier tot een uur.
Fase 3 (N.R.E.M.3)
In fase 3 ga je over naar de diepe slaap. De ademhaling wordt regelmatig, het hartritme daalt, de spieren ontspannen. Deze fase duurt slechts enkele minuten vooraleer over te gaan naar fase 4.
Fase 4 (N.R.E.M.4)
In deze fase ben je echt vast in slaap (vandaar de benaming ‘diepe slaap’). Ademhaling en hartritme zijn op zijn laagst. Maakt men je wakker uit deze slaap dan ben je gedesoriënteerd en heb je even tijd nodig om je te realiseren waar je bent. Fase 4 is essentieel voor je fysieke herstel.
Fase 5 (R.E.M. slaap)
In fase is er sprake van de snelle oogbewegingen (Rapid Eye Movement) gecombineerd met grote hersenactiviteit (in tegenstelling tot de N.R.E.M.-slaap). De hersenactiviteit neemt toe omdat je bezig bent met dromen. Dromen helpen je met het verwerken van informatie, gebeurtenissen en emoties. Je ademhaling en hartslag zijn onregelmatig en je bloeddruk stijgt. Tijdens de R.E.M.-slaap (ook wel droomslaap genoemd) vindt dus grote activiteit van lichaam en geest plaats.
Mensen die tijdens de remslaap gewekt worden geven vrijwel altijd aan te hebben gedroomd, hetgeen meestal niet het geval is als je wordt gewekt tijdens de non-rem-slaap. In alle fases is echter sprake van dromen, echter tijdens de R.E.M.-slaap zijn deze dromen levendiger.
Na elke R.E.M.-slaapfase begint de hele slaapcyclus van lichte slaap naar diepe slaap naar droomslaap weer van vooraf aan en dit herhaalt zich vier tot vijf keer.