人类对睡眠本质的认识，得益于脑电图记录技术的开发和应用。脑电波可以把大脑活动的电效应，经过电子仪器放大后在纸带上以波状条纹显示出来，通过脑电图波形的观察可以帮助诊断脑部的各种疾患，或进行有关思维的研究。人在清醒与睡眠状态时，其脑电图的波形就不一致，从脑电图上可以把一个人的睡眠深度反映出来。
清醒状态下的脑电波是一种低幅快波，每秒钟13次以上，又叫β波(倍它波)。清醒时闭上眼，什么事也不想，这时的脑电波与睁眼时相比稍高稍慢，每秒8～12次，这种脑电波叫α波(阿尔法波)。
当脑电波中α波逐渐消失，出现一些不规则波型并混有一些振幅很小的波，这就是睡眠第1阶段的波型。我们平时犯困，所谓瞌睡期或朦胧期，就是指这一期，其时间的长短因人而异。再进一步就进入了浅睡眠期，这就是睡眠的第2阶段。这一阶段脑电图的最大特点就是慢波当中时时会出现一种所谓纺锤形波，频率12～14H?Z(赫兹，也就是每秒次数)，波幅由小到大，再由大到小，呈纺锤形。一夜中，人有一半时间处于这种浅睡眠状态(即第2阶段睡眠，占总睡眠的50%)。
睡眠再深一些，也就是进入了第3阶段睡眠，脑电图比第2阶段明显慢，平均频率4～7HZ，振幅也较大，其中极慢频率(0.5～3HZ)，也就是δ波(待尔它波)约占25%～50%。
睡眠最深阶段是第4阶段，此时δ波占50%以上，偶有小波混杂其间。第3和第4阶段因为脑电波均很慢，所以合称慢波睡眠；因为睡眠均很深，所以又叫深睡眠。