Az alváskutatók a szem körüli izmok és a végtagok mozgása, a szívritmus, valamint a légzés mélységének mérésével az alvás időtartamát szakaszokra, úgynevezett fázisokra bontják.
Az alvás első fázisát NREM (Non-Rapid-Eye-Movement, gyors-szemmozgás-nélküli) fázisnak, vagy lassú hullámú
alvásnak (LHA) nevezik. Ebben a szakaszban már csökken a szívverés és a légzésszám, de az izmok tónusa még az ébrenléti állapothoz hasonló. A NREM fázis jellemzői alapján további négy részre osztott.
Ezt követi a REM (Rapid-Eye-Movement, gyors szemmozgás) fázis. Az alvás ebben a szakaszában a légzés szabálytalanabb, gyorsabb és kevésbé mély, a végtagok izmai átmenetileg képtelenek a mozgásra. A szemek gyors mozgást végeznek mindenféle irányban, erről a jelenségről kapta a nevét a fázis.
Egy alvási ciklus nagyjából 90-120 percig tart, ez alatt 4 NREM és 1 REM fázis különíthető el egymástól. Ilyen ciklusból egy éjszaka alatt négy-hat fordul elő. Az éjszaka előrehaladtával a mély NREM fázisok hossza csökken, a REM fázisok hossza növekszik.
Az alvási ciklus fázisainak jellemzői:
1. NREM fázis: átmenetet képez az éber és az alvó állapot között. Az agyhullámok és az izmok aktivitása lassul, az álmosságérzet fokozódik.
2. NREM fázis: könnyű alvási periódus. Ebben az állapotban a szemmozgás már abbamarad, az agyhullámok tovább lassulnak, a szívritmus és a testhőmérséklet csökken.
3. NREM fázis: rendkívül lassú agyhullámok jellemzik. A vérnyomás csökken, a légzés lassul.
4. NREM fázis: a legmélyebb alvás fázisa. Ebben az állapotban az agy a leglassabb hullámokat állítja elő. Szemmozgás nincs, de a végtagizmok még képesek a mozgásra. A 4. fázis az alvásidő 15-20 százalékát teszi ki, de ez gyermekek esetében több, idős személyeknél rendszerint kevesebb. A 3. és 4. fázis alatt áll helyre testünk energiaháztartása, és ekkor zajlik a növekedési hormonok termelése is.
5. REM fázis: erős agyi aktivitás jellemzi, ekkor álmodunk. A mozgatóizmok átmenetileg lebénulnak.
Az alvási ciklus fázisainak sorrendje:
Egy alvási cikluson belül a fázisok sorrendje kötött: NREM 1., NREM 2., NREM 3., NREM 4., NREM 3., NREM 2.,
NREM 1., REM., majd kezdődhet a következő ciklus. Az 5., vagyis REM fázisból a legkönnyebb felébredni, ez gyakran meg is történik néhány másodpercre, rendszerint erre ébredés után nem emlékszünk. A sorrend olyannyira kötött, hogy ha például megpróbálunk valakit a NREM 4. fázisában felébreszteni, az, mielőtt tudatára térne, átesik a NREM 3., NREM 2. NREM 1. és REM fázisokon, és ezután tér csak magához.