Như đã đề cập trước đó, giấc ngủ REM được đánh dấu bằng chuyển động nhanh của mắt. Các sóng não liên quan đến giai đoạn này rất giống với những sóng quan sát được khi một người đang thức (Hình 5) đây là giai đoạn ngủ mà chúng ta dễ dàng thấy giấc mơ xảy ra. Nó cũng liên quan đến việc làm tê liệt các hệ thống cơ trong cơ thể, ngoại trừ những hệ thống giúp lưu thông và hô hấp thì vẫn hoạt động. Do đó, không có chuyển động của các cơ tự nhiên xảy ra trong giấc ngủ REM ở một cá nhân bình thường; giấc ngủ REM thường được gọi là giấc ngủ nghịch lý vì sự kết hợp giữa việc hoạt động cao của não và thiếu trương lực cơ (lực căng của cơ ở trạng thái nghỉ). Giống như giấc ngủ NREM, REM có liên quan đến các khía cạnh khác nhau của việc học tập và ghi nhớ (Wagner, Gais, & Born, 2001; Siegel, 2001).
Nếu một ai đó bị mất giấc ngủ REM và sau đó được phép ngủ trở lại mà không bị quấy rầy, họ sẽ dành nhiều thời gian hơn cho giấc ngủ REM với mục đích là cố gắng lấy lại thời gian đã mất trong REM. Đây được gọi là sự phục hồi của REM và nó cho thấy rằng giấc ngủ REM cũng được cân bằng nội môi (môi trường bên trong cơ thể). Ngoài vai trò mà giấc ngủ REM có trong các quá trình liên quan đến học tập và trí nhớ, giấc ngủ REM cũng có thể tham gia vào quá trình điều chỉnh và xử lý cảm xúc. Trong những trường hợp như vậy, sự phục hồi REM thực sự có thể đại diện cho phản ứng thích ứng đối với căng thẳng ở những người không bị trầm cảm bằng cách kìm hãm sự phục hồi cảm xúc của các sự kiện phản cảm xảy ra trong lúc tỉnh táo (Suchecki, Tiba, & Machado, 2012). Thiếu ngủ nói chung có dẫn đến một số hậu quả tiêu cực (Brown, 2012).
Hình vẽ dưới đây (Hình 6) thể hiện các giai đoạn của giấc ngủ của một người.
