Le sommeil est hétérogène, de sorte qu'on distingue le sommeil lent (non REM) et le sommeil paradoxal (REM).

De surcroît, au rythme circadien veille-sommeil se superpose un rythme de périodicité plus courte – on parle de rythme ultradien. De l'ordre de 90 à 100 minutes, il caractérise un cycle de sommeil, c'est-à-dire une succession de phases de sommeil lent et de sommeil paradoxal. Une nuit normale comprend quatre ou cinq de ces cycles, rarement six. Au sein de chacun d'eux, la quantité respective de sommeil lent et de sommeil paradoxal pourra fluctuer. Soixante minutes contre quarante, trente contre septante, etc.

Le sommeil lent est lui-même une entité divisible, dont on a pu distinguer quatre stades grâce aux études dites polygraphiques. Celles-ci reposent sur différents paramètres, qui représentent autant de marqueurs des différentes étapes du sommeil lent : l'activité des yeux, passée au crible par l'oculographie ; celle des muscles, étudiée par la myographie, ou encore celle du cerveau, relevée par l'électroencéphalographie.

Le premier stade du sommeil lent est en fait un état de somnolence. Les yeux du sujet sont mi-clos, ses globes oculaires voyagent lentement de gauche à droite ; il peut encore parler, mais devient confus. Le stade 1 est essentiel, dans la mesure où il permet au système nerveux autonome de vérifier que toutes les fonctions vitales de l'individu sont assurées.

Comme le montrent notamment certaines caractéristiques électroencéphalographiques, le stade 2 est le support d'un sommeil léger, auquel correspond un métabolisme cérébral presque aussi intense que celui rencontré au cours de la veille. Il apporte donc peu de bénéfices en terme de récupération. En revanche, il consolide un état d'inconscience qui, selon l'expression du professeur Robert Poirrier, responsable du Laboratoire du Sommeil au CHU de Liège, permet de tomber dans la grande cuve du sommeil lent profond (stades 3 et 4), lequel va se morceler pour s'inscrire dans les cycles évoqués précédemment et y cohabiter avec des épisodes de sommeil paradoxal. On notera cependant que la nouvelle classification du sommeil n'opère plus la distinction entre les stades 3 et 4.