快速眼动睡眠 (REM sleep) 是由芝加哥大学的尤金·阿塞林斯基 (Eugene Aserinsky) 和纳撒尼尔·克莱特曼 (Nathaniel Kleitman) 于 1953 年发现的。在监测儿子的睡眠时，阿塞林斯基注意到快速的眼球运动伴随着活跃的大脑模式 - - 令人惊讶的是，他最初认为设备出现了故障。这个偶然的发现改变了我们对睡眠和意识的理解。
快速眼动睡眠是矛盾的：大脑显示出清醒水平的电活动，而身体却几乎瘫痪。这种由脑干产生的失张力会阻止梦的实现。这种麻痹疾病，例如快速眼动睡眠行为障碍，会让睡眠者在身体上实现他们的梦想，有时会造成伤害。
REM 以 90 分钟的节奏在夜间循环。第一集在 90 分钟后出现，持续 10-20 分钟。后来的周期延长到 45-60 分钟。这就解释了为什么最复杂的梦发生在早晨，以及为什么睡眠时间短的人的快速眼动睡眠时间被严重剥夺。
快速眼动睡眠期间的神经递质分布是独特的：血清素和去甲肾上腺素几乎关闭，而乙酰胆碱却激增。去甲肾上腺素（压力化学物质）的缺乏可以解释为什么快速眼动会处理情绪记忆，同时减少其令人痛苦的负担 - - 本质上是提供夜间情绪治疗。
快速眼动睡眠在情绪记忆巩固、创造性解决问题和社交智力方面发挥着关键作用。睡觉的受试者在解决问题的研究中表现出更高的创造性洞察力。抑制快速眼动睡眠的干扰因素包括酒精、大麻、大多数镇静剂和许多抗抑郁药。保护快速眼动睡眠对于梦境生活至关重要。