在睡眠过程中，有一段时间脑电波频率变快、振幅变低，同时还表现出心率加快、血压升高、呼吸变浅变快、呼吸不规律，肌肉松弛等。眼球不停地左右摆动，称为快速眼动睡眠。快速眼动睡眠在巩固大脑功能方面，比如记忆和学习等有重要的作用。如果在快速动眼期被叫醒，多数人都在做梦。其实在睡眠的各个时期都可以做梦，只是在快速动眼时期做梦最多、最清晰，情绪起伏最大。所以，快动眼睡眠对记忆的储存、整理，提高学习与整合能力有重大的意义。经常缺失这一时期的睡眠，记忆力会损失惨重。
有时候快动眼睡眠被认为是一种似是而非的睡眠状态。脑电波显示脑干不断向上发出神经冲动，帮助记忆的储存与提取，信息的重组和分类，此时更像是觉醒。当过于用功时，快动眼期也会随之活跃。充分的快动眼睡眠对白天工作效率的提高、记忆力都极为重要。