Man mano che progrediscono le fasi NREM, diventano necessari stimoli sempre più forti per determinare il risveglio. Lo stadio R del sonno (sonno REM), ha una componente tonica e una fasica, sotto l‟influsso del simpatico, ed è caratterizzata da movimenti rapidi degli occhi, spasmi muscolari e variabilità respiratoria.
La fase tonica REM è, invece, sotto l‟influenza del parasimpatico e si realizza senza movimenti oculari. La durata del periodo REM e la densità dei movimenti oculari aumentano durante il ciclo del sonno. Il sonno NREM inizia, di solito, nelle fasi più leggere N1 e N2 per approfondirsi progressivamente con il rallentamento delle onde delta, che aumentano di voltaggio. La fase N3, a onde lente, si presenta quando le onde delta superano il 20% all‟EEG. Il sonno REM segue al NREM e si verifica 4-5 volte nel corso di un normale periodo di sonno di otto ore. Il primo periodo REM può risultare inferiore ai dieci minuti, mentre l'ultimo può superare i sessanta. I cicli NREM-REM variano inizialmente dai 70-100 minuti, per poi arrivare, più tardi nella notte, ai 90-120. In genere, il sonno N3 è maggiormente presente nel primo terzo della notte, mentre quello REM predomina nell'ultimo terzo. Tale dato può tornare utile in clinica, dacché le parasonnie NREM, quali il sonnambulismo, si verificano, in genere, nel primo terzo della notte in concomitanza del sonno N3. Ciò contrasta con i RBD (disturbi del comportamento del sonno REM), che, in genere, si verificano nella seconda metà della notte.
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