人類對睡眠本質的認識，得益于腦電圖記錄技術的開發和應用。腦電波可以把大腦活動的電效應，經過電子儀器放大后在紙帶上以波狀條紋顯示出來，通過腦電圖波形的觀察可以幫助診斷腦部的各種疾患，或進行有關思維的研究。人在清醒與睡眠狀態時，其腦電圖的波形就不一致，從腦電圖上可以把一個人的睡眠深度反映出來。
清醒狀態下的腦電波是一種低幅快波，每秒鐘13次以上，又叫β波(倍它波)。清醒時閉上眼，什么事也不想，這時的腦電波與睜眼時相比稍高稍慢，每秒8～12次，這種腦電波叫α波(阿爾法波)。
當腦電波中α波逐漸消失，出現一些不規則波型并混有一些振幅很小的波，這就是睡眠第1階段的波型。我們平時犯困，所謂瞌睡期或朦朧期，就是指這一期，其時間的長短因人而異。再進一步就進入了淺睡眠期，這就是睡眠的第2階段。這一階段腦電圖的最大特點就是慢波當中時時會出現一種所謂紡錘形波，頻率12～14H?Z(赫茲，也就是每秒次數)，波幅由小到大，再由大到小，呈紡錘形。一夜中，人有一半時間處于這種淺睡眠狀態(即第2階段睡眠，占總睡眠的50%)。
睡眠再深一些，也就是進入了第3階段睡眠，腦電圖比第2階段明顯慢，平均頻率4～7HZ，振幅也較大，其中極慢頻率(0.5～3HZ)，也就是δ波(待爾它波)約占25%～50%。
睡眠最深階段是第4階段，此時δ波占50%以上，偶有小波混雜其間。第3和第4階段因為腦電波均很慢，所以合稱慢波睡眠；因為睡眠均很深，所以又叫深睡眠。