خواب دیدن در طی مرحله خواب حرکت سریع چشم (REM) روی می دهند. در یک شب عادی، ما در مجموع 2 ساعت خواب می بینیم که به خاطر چرخه خواب، این دو ساعت از هم تفکیک و جدا می شوند. پژوهشگران درباره چگونگی خواب دیدن و این که چرا خواب می بینیم اطلاعات زیادی ندارند. به عنوان مثال درباره خواب های نوزادان تازه متولد شده چیزی نمی دانند. همچنین نمی دانند چرا طول عمر موش های محروم از خواب REM به میزان زیادی کوتاه تر از موش های دیگر است.
پستانداران و پرندگان هم مراحل خواب REM را دارند اما جانوران خونسرد مانند لاک پشت، سوسمار و ماهی چنین نیستند.
خواب REM و خواب دیدن
خواب REM که به عنوان خواب مرحله 4 هم شناخته می شود معمولاً پس از یک دوره خواب عمیق شروع می شود. پل دماغی -منطقه ای از مغز که سیگنال های خواب REM از آن سرچشمه می گیرند- مسیر سیگنال ها به سوی نخاع را مسدود می کند. مسدود شدن مسیر سیگنال ها به سوی نخاع باعث می شود بدن به هنگام خواب REM بی حرکت شود. درصورتی که پل مغزی جلوی سیگنال های طناب نخاعی را سد نکند، افراد به خواب هایشان عمل می کنند. عملی کردن خواب ها بدون این که از حواس چیزی دریافت شود می تواند خطرناک باشد چراکه به عنوان مثال یک فرد ممکن است به طرف دیوار بدود، از پله ها سقوط کند یا حتی اتفاقاتی بدتر از آن رخ دهد. این شرایط که به نام اختلال رفتاری خواب REM شناخته می شود نادر است و با راه رفتن در حین خواب تفاوت دارد. راه رفتن حین خواب نسبت به این وضعیت رایج تر است.
پل مغزی همچنین از طریق تالاموس (که یک صافی و نیز تقویت کننده اطلاعات حسی و موتور کنترل عملیات در اعماق مغز است) سیگنال هایی به قشر مغز می فرستد. قشر مغز بخشی از مغز است که با پردازش اطلاعات (یادگیری، تفکر و سازماندهی) ارتباط دارد. به نظر می رسد بخش هایی از مغز که هنگام خواب REM روشننند به یادگیری و حافظه کمک می کنند. نوزدان حدود 50 درصد از زمان خوابشان را در خواب REM هستند درحالی که 20 درصد از زمان خواب بزرگسالان در خواب REM سپری می شود. این تفاوت را می توان با میزان بسیار زیاد یادگیری در مراحل ابتدایی رشد توضیح داد. اگر به افراد مهارت های مختلفی آموزش داده شود و سپس آنها از خواب REM محروم شوند، اغلب نمی توانند آنچه را که به آنها آموزش داده شده به یاد بیاورند.