睡眠时相（phase of sleep）是睡眠状态中的特定生理过程。睡眠时，机体的各种生理活动均处于低水平，如各种感觉减退，骨骼肌紧张性和腱反射减弱，内脏活动降低（如血压下降、心率变慢、体温下降、呼吸减慢、代谢率下降等）。生理学家根据人在睡眠中的脑电图、肌电图、心电图和眼动电图以及血压和呼吸等的变化，发现睡眠由正相睡眠（又称慢波睡眠、非快速眼动睡眠）和异相睡眠两种交替出现的不同时相组成。正相睡眠又称慢波睡眠（slow wave sleep）、非快速眼动睡眠（nonrapid eye movement，NREM sleep）。异相睡眠（paradoxical sleep）又称快速眼动睡眠（rapid eye movementsleep，REM sleep）。这两大时相周期性交替，一夜中大约交替6次。每个周期包括20分钟～30分钟的快波睡眠和约60分钟的慢波睡眠。

正相睡眠即一般所熟知的睡眠状态，其脑电图特征为同步化慢波，故也称慢波睡眠。此时，腺垂体生长激素分泌增多，有利于促进生长和体力恢复。异相睡眠期间各种感觉进一步减退，肌紧张和腱反射进一步减弱，睡眠更深，其脑电图特征为去同步化快波，其间还可能有间断的阵发性表现（如肢体抽动、血压升高、心率加快、呼吸不规则、眼球快速运动等）。如在此时相被唤醒，常诉说在做梦。

人们入睡后所发生的睡眠大多数属于此种。根据人脑电波的特征，一般将此时相区分为1、2、3、4期，相应于睡眠由浅入深的过程。1期，呈现低振幅脑电波，频率快慢混合，而以4～7次/秒的θ波为主。此期常出现于睡眠开始和夜间短暂苏醒之后。2期，也呈现较低振幅脑电波，中间常出现短串的12～14次/秒的睡眠梭形波和一些复合波。代表浅睡过程。3期，常呈现短暂的高振幅脑电波，振幅超过50微伏，频率为1～2次/秒的δ波。4期呈现高振幅脑电波。此期以δ波为主。其出现时间占总时间的1/2以上，代表深睡状态。3期与4期仅有量的差别，而无质的不同。通常认为，4期慢波睡眠具有促进体力及精力恢复的功能。因为观察到在长时间的体力劳动或不睡后，在恢复睡眠中此期持续时间最长。随着睡眠由浅入深，逐步丧失意识、血压稍降、心率及呼吸减慢、瞳孔缩小、体温及基础代谢率降低、尿量减少、胃液增多、唾液分泌减少、发汗机能增强，上述生理变化都较稳定。

异相睡眠为在睡眠过程中周期性出现的一种激动状态。脑电图与觉醒时的相似，呈现低振幅去同步化快波。虽然各种感觉机能进一步减退、运动机能进一步降低、肌肉几乎完全松弛、运动系统受到很强的抑制，但植物性神经系统活动增强，如血压升高、心率及呼吸加速、脑血流量及耗氧量增加等。此外，在此时相内还会出现间断的阵发性表现。例如频频出现快速的眼球运动、四肢末端和颜面肌肉抽动等。

快波睡眠时，脑内蛋白质合成加快，与神经系统的发育成熟密切有关，可增强记忆，促进精力恢复。成年人睡眠是以慢波睡眠入睡，1～2h后转入快波睡眠，快波睡眠维持约0.5h，又转入慢波睡眠。在整个睡眠期间如此转换可达4～5次。睡眠是一种主动的生理过程。有人认为脑干网状结构尾端存在睡眠中枢，它可发放冲动经上行抑制系统传至大脑皮层，与上行激动系统相对抗。在它们的共同作用下，调节着睡眠和觉醒的相互转化。进一步的研究证明，睡眠的发生与中枢内不同递质系统功能活动有关。