Outrora pensava-se que os sonhos só ocorriam durante o sono REM, mas estudos científicos nos anos 50 e o crescente número de laboratórios de sono permitiram aos investigadores estudar mais de perto aqueles que sonham e a atividade cerebral durante o sono. Gradualmente, foi-se percebendo que durante a noite ocorrem sonhos fora dos períodos REM, embora estes sejam menos reais e mais geralmente esquecidos.
Nas fases mais leves do sono, os sonhos lembram os pensamentos e imagens fugazes que poderíamos experimentar se estivéssemos deitados num quarto sossegado e deixássemos a mente vaguear. Os sonhos das fases mais profundas assumem a forma de fragmentos de sensações, sentimentos e pensamentos em lugar de imagens. Quando as pessoas são acordadas nestes estádios mais profundos de sono de ondas lentas, sentem-se muitas vezes zonzas, confusas e incapazes de se lembrar do que sonharam.
Em contraste, os sonhos da fase REM têm personagens e argumentos representados numa série de imagens vívidas. Acordamos frequentemente do sono REM plenamente conscientes e com uma memória clara dos nossos sonhos.
O nosso corpo também responde aos diferentes tipos de experiências oníricas. Durante o sono de ondas lentas podemos dar saltos, falar ou mesmo andar, mas durante o sono REM estamos praticamente imóveis. Embora o cérebro permaneça ativo, perdemos completamente o tónus muscular, o que nos deixa praticamente paralisados. Isto significa que não há perigo de atuarmos nas cenas do sonho e explica também a sensação de paralisia que muitas vezes sentimos durante um pesadelo.